परिचय, फोटॉन मोजणी प्रकार रेषीय हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

परिचय, फोटॉन मोजणी प्रकाररेषीय हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

फोटॉन मोजणी तंत्रज्ञान इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या रीडआउट आवाजावर मात करण्यासाठी फोटॉन सिग्नल पूर्णपणे वाढवू शकते आणि कमकुवत प्रकाश विकिरणाखाली डिटेक्टर आउटपुट इलेक्ट्रिकल सिग्नलच्या नैसर्गिक स्वतंत्र वैशिष्ट्यांचा वापर करून विशिष्ट कालावधीत डिटेक्टरद्वारे आउटपुट केलेल्या फोटॉनची संख्या रेकॉर्ड करू शकते आणि फोटॉन मीटरच्या मूल्यानुसार मोजलेल्या लक्ष्याची माहिती मोजू शकते. अत्यंत कमकुवत प्रकाश शोधण्यासाठी, विविध देशांमध्ये फोटॉन शोध क्षमता असलेल्या अनेक प्रकारच्या उपकरणांचा अभ्यास केला गेला आहे. एक घन स्थिती हिमस्खलन फोटोडायोड (एपीडी फोटोडिटेक्टर) हे एक उपकरण आहे जे प्रकाश सिग्नल शोधण्यासाठी अंतर्गत फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव वापरते. व्हॅक्यूम उपकरणांच्या तुलनेत, सॉलिड-स्टेट उपकरणांचे प्रतिसाद गती, गडद गणना, वीज वापर, आकारमान आणि चुंबकीय क्षेत्र संवेदनशीलता इत्यादींमध्ये स्पष्ट फायदे आहेत. शास्त्रज्ञांनी सॉलिड-स्टेट APD फोटॉन गणना इमेजिंग तंत्रज्ञानावर आधारित संशोधन केले आहे.

एपीडी फोटोडिटेक्टर डिव्हाइसगीगर मोड (GM) आणि रेषीय मोड (LM) दोन कार्यरत मोड आहेत, सध्याचे APD फोटॉन काउंटिंग इमेजिंग तंत्रज्ञान प्रामुख्याने गीगर मोड APD डिव्हाइस वापरते. गीगर मोड APD डिव्हाइसेसमध्ये सिंगल फोटॉनच्या पातळीवर उच्च संवेदनशीलता असते आणि उच्च वेळेची अचूकता मिळविण्यासाठी दहापट नॅनोसेकंदांचा उच्च प्रतिसाद वेग असतो. तथापि, गीगर मोड APD मध्ये काही समस्या आहेत जसे की डिटेक्टर डेड टाइम, कमी डिटेक्शन कार्यक्षमता, मोठे ऑप्टिकल क्रॉसवर्ड आणि कमी स्थानिक रिझोल्यूशन, त्यामुळे उच्च डिटेक्शन रेट आणि कमी फॉल्स अलार्म रेटमधील विरोधाभास ऑप्टिमाइझ करणे कठीण आहे. जवळ-नॉईसलेस हाय-गेन HgCdTe APD डिव्हाइसेसवर आधारित फोटॉन काउंटर रेषीय मोडमध्ये कार्य करतात, त्यांना डेड टाइम आणि क्रॉसटॉक प्रतिबंध नाहीत, गीगर मोडशी संबंधित पोस्ट-पल्स नाहीत, क्वेंच सर्किट्सची आवश्यकता नाही, अल्ट्रा-हाय डायनॅमिक रेंज, रुंद आणि ट्यून करण्यायोग्य स्पेक्ट्रल रिस्पॉन्स रेंज आहे आणि डिटेक्शन कार्यक्षमता आणि फॉल्स काउंट रेटसाठी स्वतंत्रपणे ऑप्टिमाइझ केले जाऊ शकते. हे इन्फ्रारेड फोटॉन काउंटिंग इमेजिंगचे एक नवीन अनुप्रयोग क्षेत्र उघडते, फोटॉन काउंटिंग उपकरणांची एक महत्त्वाची विकास दिशा आहे आणि खगोलशास्त्रीय निरीक्षण, मुक्त अवकाश संप्रेषण, सक्रिय आणि निष्क्रिय इमेजिंग, फ्रिंज ट्रॅकिंग इत्यादींमध्ये व्यापक अनुप्रयोग संभावना आहे.

HgCdTe APD उपकरणांमध्ये फोटॉन मोजण्याचे तत्व

HgCdTe मटेरियलवर आधारित APD फोटोडिटेक्टर उपकरणे विस्तृत तरंगलांबी व्यापू शकतात आणि इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रांचे आयनीकरण गुणांक खूप वेगळे आहेत (आकृती 1 (a) पहा). ते 1.3~11 µm च्या कट-ऑफ तरंगलांबीमध्ये एकल वाहक गुणाकार यंत्रणा प्रदर्शित करतात. जवळजवळ कोणताही अतिरिक्त आवाज नाही (Si APD उपकरणांच्या अतिरिक्त आवाज घटक FSi~2-3 आणि III-V कुटुंब उपकरणांच्या FIII-V~4-5 च्या तुलनेत (आकृती 1 (b) पहा), जेणेकरून उपकरणांचे सिग्नल-टू-नॉइज रेशो वाढीसह जवळजवळ कमी होत नाही, जे एक आदर्श इन्फ्रारेड आहे.हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर.

आकृती १ (अ) पारा कॅडमियम टेल्युराइड मटेरियलच्या इम्पॅक्ट आयनीकरण गुणांक गुणोत्तर आणि Cd च्या घटक x मधील संबंध; (ब) APD उपकरणांच्या अतिरिक्त आवाज घटक F ची वेगवेगळ्या मटेरियल सिस्टमसह तुलना

फोटॉन मोजणी तंत्रज्ञान ही एक नवीन तंत्रज्ञान आहे जी एका द्वारे निर्माण होणाऱ्या फोटोइलेक्ट्रॉन पल्सचे निराकरण करून थर्मल नॉइजमधून ऑप्टिकल सिग्नल डिजिटली काढू शकते.फोटोडिटेक्टरएकच फोटॉन मिळाल्यानंतर. कमी प्रकाशाचा सिग्नल वेळेच्या क्षेत्रात अधिक पसरलेला असल्याने, डिटेक्टरद्वारे मिळणारे विद्युत सिग्नल आउटपुट देखील नैसर्गिक आणि वेगळे असते. कमकुवत प्रकाशाच्या या वैशिष्ट्यानुसार, अत्यंत कमकुवत प्रकाश शोधण्यासाठी पल्स अॅम्प्लिफिकेशन, पल्स डिस्क्रिबिशन आणि डिजिटल काउंटिंग तंत्रांचा वापर केला जातो. आधुनिक फोटॉन काउंटिंग तंत्रज्ञानाचे अनेक फायदे आहेत, जसे की उच्च सिग्नल-टू-नॉइज रेशो, उच्च भेदभाव, उच्च मापन अचूकता, चांगली अँटी-ड्रिफ्ट, चांगली वेळ स्थिरता आणि त्यानंतरच्या विश्लेषण आणि प्रक्रियेसाठी डिजिटल सिग्नलच्या स्वरूपात संगणकावर डेटा आउटपुट करू शकते, जे इतर शोध पद्धतींपेक्षा वेगळे आहे. सध्या, फोटॉन काउंटिंग सिस्टम औद्योगिक मापन आणि कमी प्रकाश शोधण्याच्या क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरली जात आहे, जसे की नॉनलाइनर ऑप्टिक्स, आण्विक जीवशास्त्र, अल्ट्रा-हाय रिझोल्यूशन स्पेक्ट्रोस्कोपी, खगोलीय फोटोमेट्री, वातावरणीय प्रदूषण मापन इ., जे कमकुवत प्रकाश सिग्नलच्या संपादन आणि शोधण्याशी संबंधित आहेत. पारा कॅडमियम टेल्युराइड हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरमध्ये जवळजवळ कोणताही जास्त आवाज नसतो, जसजसा फायदा वाढतो तसतसे सिग्नल-टू-नॉईज रेशो क्षय होत नाही आणि गीगर हिमस्खलन उपकरणांशी संबंधित कोणताही मृत वेळ आणि पोस्ट-पल्स प्रतिबंध नाही, जो फोटॉन मोजणीमध्ये वापरण्यासाठी अतिशय योग्य आहे आणि भविष्यात फोटॉन मोजणी उपकरणांची एक महत्त्वाची विकास दिशा आहे.