परिचय, फोटॉन मोजणी प्रकार रेखीय हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

परिचय, फोटॉन मोजणी प्रकाररेखीय हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

फोटॉन मोजणी तंत्रज्ञान इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या रीडआउट आवाजावर मात करण्यासाठी फोटॉन सिग्नल पूर्णपणे वाढवू शकते आणि कमकुवत प्रकाश विकिरण अंतर्गत डिटेक्टर आउटपुट इलेक्ट्रिकल सिग्नलच्या नैसर्गिक वेगळ्या वैशिष्ट्यांचा वापर करून विशिष्ट कालावधीत डिटेक्टरद्वारे फोटॉन आउटपुटची संख्या रेकॉर्ड करू शकते. , आणि फोटॉन मीटरच्या मूल्यानुसार मोजलेल्या लक्ष्याच्या माहितीची गणना करा. अत्यंत कमकुवत प्रकाश ओळखण्यासाठी, विविध देशांमध्ये फोटॉन शोधण्याची क्षमता असलेल्या विविध प्रकारच्या उपकरणांचा अभ्यास केला गेला आहे. सॉलिड स्टेट हिमस्खलन फोटोडायोड (एपीडी फोटोडिटेक्टर) हे एक उपकरण आहे जे प्रकाश सिग्नल शोधण्यासाठी अंतर्गत फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव वापरते. व्हॅक्यूम उपकरणांच्या तुलनेत, सॉलिड-स्टेट उपकरणांमध्ये प्रतिसादाचा वेग, गडद संख्या, वीज वापर, आवाज आणि चुंबकीय क्षेत्र संवेदनशीलता इत्यादींमध्ये स्पष्ट फायदे आहेत. शास्त्रज्ञांनी सॉलिड-स्टेट APD फोटॉन मोजणी इमेजिंग तंत्रज्ञानावर आधारित संशोधन केले आहे.

APD फोटोडिटेक्टर उपकरणGeiger मोड (GM) आणि रेखीय मोड (LM) दोन कार्यरत मोड आहेत, वर्तमान APD फोटॉन मोजणी इमेजिंग तंत्रज्ञान प्रामुख्याने Geiger मोड APD साधन वापरते. गीजर मोड APD उपकरणांमध्ये सिंगल फोटॉनच्या पातळीवर उच्च संवेदनशीलता असते आणि उच्च वेळेची अचूकता प्राप्त करण्यासाठी दहापट नॅनोसेकंदांचा उच्च प्रतिसाद वेग असतो. तथापि, Geiger मोड APD मध्ये काही समस्या आहेत जसे की डिटेक्टर डेड टाइम, कमी शोध कार्यक्षमता, मोठे ऑप्टिकल क्रॉसवर्ड आणि कमी अवकाशीय रिझोल्यूशन, त्यामुळे उच्च शोध दर आणि कमी खोटे अलार्म दर यांच्यातील विरोधाभास अनुकूल करणे कठीण आहे. जवळ-नॉइझलेस हाय-गेन HgCdTe APD डिव्हाइसेसवर आधारित फोटॉन काउंटर रेखीय मोडमध्ये कार्य करतात, त्यांना अंतिम वेळ आणि क्रॉसस्टॉक निर्बंध नाहीत, गीजर मोडशी संबंधित पोस्ट-पल्स नाहीत, क्वेंच सर्किट्सची आवश्यकता नाही, अल्ट्रा-हाय डायनॅमिक रेंज, रुंद आहेत. आणि ट्यून करण्यायोग्य स्पेक्ट्रल प्रतिसाद श्रेणी, आणि शोध कार्यक्षमता आणि खोट्या गणना दरासाठी स्वतंत्रपणे ऑप्टिमाइझ केले जाऊ शकते. हे इन्फ्रारेड फोटॉन मोजणी इमेजिंगचे एक नवीन अनुप्रयोग क्षेत्र उघडते, फोटॉन मोजणी उपकरणांची एक महत्त्वाची विकास दिशा आहे आणि खगोलशास्त्रीय निरीक्षण, मुक्त जागा संप्रेषण, सक्रिय आणि निष्क्रीय इमेजिंग, फ्रिंज ट्रॅकिंग इत्यादींमध्ये व्यापक अनुप्रयोग संभावना आहेत.

HgCdTe APD उपकरणांमध्ये फोटॉन मोजण्याचे तत्त्व

HgCdTe सामग्रीवर आधारित APD फोटोडिटेक्टर उपकरणे तरंगलांबीची विस्तृत श्रेणी कव्हर करू शकतात आणि इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रांचे आयनीकरण गुणांक खूप भिन्न आहेत (आकृती 1 (a) पहा). ते 1.3~11 µm च्या कट-ऑफ तरंगलांबीमध्ये एकल वाहक गुणाकार यंत्रणा प्रदर्शित करतात. जवळपास कोणताही जास्त आवाज नाही (Si APD उपकरणांच्या FSi~2-3 अतिरिक्त ध्वनी घटकाच्या तुलनेत आणि III-V फॅमिली उपकरणांच्या FIII-V~4-5 च्या तुलनेत (आकृती 1 (b) पहा), जेणेकरून सिग्नल- वाढीव वाढीसह उपकरणांचे आवाजाचे प्रमाण जवळजवळ कमी होत नाही, जे एक आदर्श इन्फ्रारेड आहेहिमस्खलन फोटोडिटेक्टर.

अंजीर. 1 (a) पारा कॅडमियम टेल्युराइड सामग्री आणि Cd च्या घटक x च्या प्रभाव आयनीकरण गुणांक गुणोत्तर दरम्यान संबंध; (b) भिन्न भौतिक प्रणालींसह APD उपकरणांच्या अतिरिक्त आवाज घटक F ची तुलना

फोटॉन मोजणी तंत्रज्ञान हे एक नवीन तंत्रज्ञान आहे जे थर्मल नॉइजमधून ऑप्टिकल सिग्नल डिजीटल पद्धतीने काढू शकते ज्यामुळे फोटोइलेक्ट्रॉन डाळींचे निराकरण होते.फोटोडिटेक्टरएकल फोटॉन प्राप्त केल्यानंतर. कमी-प्रकाश सिग्नल वेळेच्या डोमेनमध्ये अधिक विखुरलेले असल्याने, डिटेक्टरद्वारे विद्युत सिग्नल आउटपुट देखील नैसर्गिक आणि स्वतंत्र आहे. कमकुवत प्रकाशाच्या या वैशिष्ट्यानुसार, नाडी प्रवर्धन, नाडी भेदभाव आणि डिजिटल मोजणी तंत्रे सहसा अत्यंत कमकुवत प्रकाश शोधण्यासाठी वापरली जातात. आधुनिक फोटॉन मोजणी तंत्रज्ञानाचे अनेक फायदे आहेत, जसे की उच्च सिग्नल-टू-आवाज गुणोत्तर, उच्च भेदभाव, उच्च मापन अचूकता, चांगला अँटी-ड्रिफ्ट, चांगला वेळ स्थिरता आणि त्यानंतरच्या विश्लेषणासाठी डिजिटल सिग्नलच्या स्वरूपात संगणकावर डेटा आउटपुट करू शकतो. आणि प्रक्रिया करणे, जे इतर शोध पद्धतींमध्ये अतुलनीय आहे. सध्या, फोटॉन मोजणी प्रणाली औद्योगिक मापन आणि कमी-प्रकाश शोधण्याच्या क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणात वापरली जात आहे, जसे की नॉनलाइनर ऑप्टिक्स, आण्विक जीवशास्त्र, अल्ट्रा-हाय रिझोल्यूशन स्पेक्ट्रोस्कोपी, खगोलीय फोटोमेट्री, वातावरणातील प्रदूषण मापन इ. कमकुवत प्रकाश सिग्नल मिळवणे आणि शोधणे. पारा कॅडमियम टेल्युराइड हिमस्खलन फोटोडिटेक्टरमध्ये जवळजवळ जास्त आवाज नसतो, जसजसा फायदा वाढतो, सिग्नल-टू-आवाज गुणोत्तर क्षय होत नाही, आणि गीगर हिमस्खलन उपकरणांशी संबंधित कोणतीही मृत वेळ आणि पोस्ट-पल्स प्रतिबंध नाही, जे अत्यंत योग्य आहे. फोटॉन मोजणीमधील अनुप्रयोग, आणि भविष्यातील फोटॉन मोजणी उपकरणांच्या विकासाची एक महत्त्वाची दिशा आहे.