Giới thiệu, loại đếm photonbộ tách sóng quang tuyến tính kiểu thác lũ
Công nghệ đếm photon có thể khuếch đại hoàn toàn tín hiệu photon để khắc phục nhiễu đọc của các thiết bị điện tử và ghi lại số lượng photon do bộ детектор phát ra trong một khoảng thời gian nhất định bằng cách sử dụng đặc tính rời rạc tự nhiên của tín hiệu điện đầu ra của bộ детектор dưới bức xạ ánh sáng yếu, và tính toán thông tin của mục tiêu cần đo dựa trên giá trị của máy đo photon. Để thực hiện phát hiện ánh sáng cực yếu, nhiều loại thiết bị khác nhau có khả năng phát hiện photon đã được nghiên cứu ở nhiều quốc gia. Một điốt quang bán dẫn (đầu dò quang APD(APD) là thiết bị sử dụng hiệu ứng quang điện bên trong để phát hiện tín hiệu ánh sáng. So với các thiết bị chân không, thiết bị bán dẫn có những ưu điểm rõ rệt về tốc độ phản hồi, số lần đếm tối, công suất tiêu thụ, kích thước và độ nhạy từ trường, v.v. Các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu dựa trên công nghệ hình ảnh đếm photon APD bán dẫn.
thiết bị tách sóng quang APDCó hai chế độ hoạt động là chế độ Geiger (GM) và chế độ tuyến tính (LM), công nghệ chụp ảnh đếm photon APD hiện nay chủ yếu sử dụng thiết bị APD chế độ Geiger. Thiết bị APD chế độ Geiger có độ nhạy cao ở mức photon đơn và tốc độ phản hồi cao ở mức hàng chục nan giây để đạt được độ chính xác thời gian cao. Tuy nhiên, APD chế độ Geiger có một số vấn đề như thời gian chết của detector, hiệu suất phát hiện thấp, nhiễu xuyên âm lớn và độ phân giải không gian thấp, do đó khó tối ưu hóa sự mâu thuẫn giữa tỷ lệ phát hiện cao và tỷ lệ báo động sai thấp. Bộ đếm photon dựa trên thiết bị APD HgCdTe có độ khuếch đại cao gần như không nhiễu hoạt động ở chế độ tuyến tính, không có hạn chế về thời gian chết và nhiễu xuyên âm, không có xung sau liên quan đến chế độ Geiger, không yêu cầu mạch dập tắt, có dải động cực cao, dải đáp ứng quang phổ rộng và có thể điều chỉnh được, và có thể được tối ưu hóa độc lập về hiệu suất phát hiện và tỷ lệ đếm sai. Nó mở ra một lĩnh vực ứng dụng mới cho hình ảnh đếm photon hồng ngoại, là một hướng phát triển quan trọng của các thiết bị đếm photon, và có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong quan sát thiên văn, truyền thông không gian tự do, hình ảnh chủ động và thụ động, theo dõi vân giao thoa, v.v.
Nguyên lý đếm photon trong thiết bị APD HgCdTe
Các thiết bị tách sóng quang APD dựa trên vật liệu HgCdTe có thể bao phủ một dải bước sóng rộng, và hệ số ion hóa của electron và lỗ trống rất khác nhau (xem Hình 1 (a)). Chúng thể hiện cơ chế nhân đơn hạt tải điện trong phạm vi bước sóng cắt 1,3~11 µm. Hầu như không có nhiễu dư (so với hệ số nhiễu dư FSi~2-3 của các thiết bị APD Si và FIII-V~4-5 của các thiết bị thuộc họ III-V (xem Hình 1 (b)), do đó tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của các thiết bị hầu như không giảm khi tăng độ khuếch đại, đây là một thiết bị hồng ngoại lý tưởng.máy dò quang điện thác lũ.
Hình 1 (a) Mối quan hệ giữa tỷ lệ hệ số ion hóa do va chạm của vật liệu telluride cadmi thủy ngân và thành phần x của Cd; (b) So sánh hệ số nhiễu dư F của các thiết bị APD với các hệ vật liệu khác nhau
Công nghệ đếm photon là một công nghệ mới có thể trích xuất tín hiệu quang học kỹ thuật số từ nhiễu nhiệt bằng cách phân giải các xung quang điện tử được tạo ra bởi...bộ tách sóng quangSau khi nhận được một photon đơn lẻ. Vì tín hiệu ánh sáng yếu phân tán hơn trong miền thời gian, tín hiệu điện do bộ dò xuất ra cũng tự nhiên và rời rạc. Dựa trên đặc điểm này của ánh sáng yếu, các kỹ thuật khuếch đại xung, phân biệt xung và đếm kỹ thuật số thường được sử dụng để phát hiện ánh sáng cực yếu. Công nghệ đếm photon hiện đại có nhiều ưu điểm, chẳng hạn như tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu cao, khả năng phân biệt cao, độ chính xác đo cao, khả năng chống trôi tốt, độ ổn định thời gian tốt và có thể xuất dữ liệu ra máy tính dưới dạng tín hiệu số để phân tích và xử lý tiếp theo, điều mà các phương pháp phát hiện khác không thể sánh được. Hiện nay, hệ thống đếm photon đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đo lường công nghiệp và phát hiện ánh sáng yếu, chẳng hạn như quang học phi tuyến, sinh học phân tử, quang phổ độ phân giải cực cao, đo sáng thiên văn, đo ô nhiễm khí quyển, v.v., liên quan đến việc thu nhận và phát hiện tín hiệu ánh sáng yếu. Bộ tách sóng quang avalanche thủy ngân-cadmi-telluride hầu như không có nhiễu dư, khi độ khuếch đại tăng lên, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu không giảm, và không có thời gian chết và hạn chế sau xung liên quan đến các thiết bị avalanche Geiger, rất phù hợp cho ứng dụng trong đếm photon, và là một hướng phát triển quan trọng của các thiết bị đếm photon trong tương lai.
Thời gian đăng bài: 14/01/2025