소개, 광자 계수형 선형 눈사태 광검출기

소개, 광자 계수 유형선형 애벌랜치 광검출기

광자 계수 기술은 전자 장치의 판독 잡음을 극복하기 위해 광자 신호를 완전히 증폭하고, 약한 빛 조사 하에서 검출기 출력 전기 신호의 자연적 이산 특성을 이용하여 일정 시간 동안 검출기에서 출력되는 광자 수를 기록하고, 광자계 값에 따라 측정 대상의 정보를 계산합니다. 매우 약한 빛 감지를 실현하기 위해 여러 국가에서 광자 감지 기능을 갖춘 다양한 종류의 계측기가 연구되어 왔습니다. 고체 애벌랜치 광전 다이오드(APD 광검출기)는 내부 광전 효과를 이용하여 광 신호를 감지하는 장치입니다. 진공 장치와 비교했을 때, 고체 장치는 응답 속도, 암흑 계수, 전력 소비, 부피 및 자기장 감도 등에서 뚜렷한 이점을 가지고 있습니다. 과학자들은 고체 APD 광자 계수 이미징 기술을 기반으로 연구를 수행해 왔습니다.

APD 광검출기 장치가이거 모드(GM)와 선형 모드(LM)의 두 가지 작동 모드를 가지고 있으며, 현재 APD 광자 계수 이미징 기술은 주로 가이거 모드 APD 소자를 사용합니다. 가이거 모드 APD 소자는 단일 광자 수준에서 높은 감도와 수십 나노초의 빠른 응답 속도를 제공하여 높은 시간 정확도를 얻습니다. 그러나 가이거 모드 APD는 검출기 데드타임, 낮은 검출 효율, 큰 광학적 크로스워드, 낮은 공간 분해능과 같은 몇 가지 문제점을 가지고 있어 높은 검출률과 낮은 오경보율 간의 모순을 최적화하기 어렵습니다. 거의 무잡음 고이득 HgCdTe APD 소자 기반 광자 계수기는 선형 모드로 작동하며, 데드타임 및 크로스토크 제한이 없고, 가이거 모드와 관련된 포스트 펄스가 없으며, 퀀치 회로가 필요하지 않고, 매우 높은 동적 범위, 넓고 조정 가능한 스펙트럼 응답 범위를 가지며, 검출 효율과 오경보율을 위해 독립적으로 최적화할 수 있습니다. 이는 적외선 광자 계수 영상의 새로운 응용 분야를 개척하였으며, 광자 계수 장치의 중요한 발전 방향이며, 천문 관측, 자유 공간 통신, 능동 및 수동 영상, 프린지 추적 등에서 광범위한 응용 전망을 가지고 있습니다.

HgCdTe APD 소자의 광자 계수 원리

HgCdTe 소재 기반 APD 광검출기 소자는 광범위한 파장을 커버할 수 있으며, 전자와 정공의 이온화 계수는 매우 다릅니다(그림 1(a) 참조). 이 소자는 1.3~11µm의 차단 파장 내에서 단일 캐리어 증폭 메커니즘을 보입니다. Si APD 소자의 FSi~2-3 초과 잡음 계수 및 III-V 계열 소자의 FIII-V~4-5 초과 잡음 계수와 비교했을 때(그림 1(b) 참조), 과잉 잡음이 거의 없으므로 이득 증가에 따라 소자의 신호 대 잡음비가 거의 감소하지 않습니다. 이는 이상적인 적외선 검출 조건입니다.눈사태 광검출기.

그림 1 (a) 수은-카드뮴 텔루라이드 재료의 충격 이온화 계수 비율과 Cd의 성분 x 간의 관계; (b) 다른 재료 시스템을 갖는 APD 소자의 과잉 잡음 계수 F 비교

광자계산기술은 광전자펄스를 분해하여 열잡음으로부터 광신호를 디지털로 추출할 수 있는 새로운 기술이다.광검출기단일 광자를 수신한 후, 저조도 신호는 시간 영역에서 더 분산되기 때문에 검출기에서 출력되는 전기 신호 또한 자연스럽고 불연속적입니다. 이러한 약한 빛의 특성에 따라 펄스 증폭, 펄스 판별, 디지털 계수 기법이 일반적으로 매우 약한 빛을 감지하는 데 사용됩니다. 현대 광자 계수 기술은 높은 신호 대 잡음비, 높은 판별력, 높은 측정 정확도, 우수한 안티 드리프트, 우수한 시간 안정성 등 많은 장점을 가지고 있으며, 후속 분석 및 처리를 위해 디지털 신호 형태로 컴퓨터에 데이터를 출력할 수 있어 다른 검출 방법과는 비교할 수 없습니다. 현재 광자 계수 시스템은 비선형 광학, 분자 생물학, 초고분해능 분광학, 천문 측광학, 대기 오염 측정 등 약한 빛 신호의 수집 및 감지와 관련된 산업 측정 및 저조도 감지 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 수은-카드뮴-텔루라이드 눈사태 광검출기는 과잉 잡음이 거의 없고, 이득이 증가함에 따라 신호 대 잡음비가 감소하지 않으며, 가이거 눈사태 소자와 관련된 데드타임 및 펄스 후 제한이 없습니다. 이는 광자 계수에 응용하기에 매우 적합하며, 미래의 광자 계수 소자의 중요한 개발 방향입니다.