Introduction, type de comptage de photonsPhotodétecteur à avalanche linéaire
La technologie de comptage des photons peut amplifier entièrement le signal de photons pour surmonter le bruit de lecture des appareils électroniques et enregistrer le nombre de photons sorties par le détecteur dans une certaine période de temps en utilisant les caractéristiques discrètes naturelles du signal électrique de sortie du détecteur sous une faible irradiation lumineuse et en calculant les informations de la cible mesurée en fonction de la valeur du moderne de photon. Afin de réaliser une détection de lumière extrêmement faible, de nombreux types d'instruments différents avec une capacité de détection de photons ont été étudiés dans divers pays. Une photodiode d'avalanche à l'état solide (Photodétecteur APD) est un appareil qui utilise les signaux de lumière todétects à effet photoélectrique interne. Par rapport aux dispositifs à vide, les dispositifs à semi-conducteurs ont des avantages évidents dans la vitesse de réponse, le nombre d'obscurité, la consommation d'énergie, le volume et la sensibilité du champ magnétique, etc. Les scientifiques ont effectué des recherches basées sur la technologie d'imagerie de comptage de photons APD à l'état solide.
Dispositif de photodétecteur APDa le mode Geiger (GM) et le mode linéaire (LM) deux modes de travail, la technologie actuelle de comptage des photons APD utilise principalement le dispositif APD du mode Geiger. Les appareils APD en mode Geiger ont une sensibilité élevée au niveau de photon unique et une vitesse de réponse élevée de dizaines de nanosecondes pour obtenir une précision de temps élevée. Cependant, le mode Geiger APD a certains problèmes tels que le temps mort du détecteur, une faible efficacité de détection, de grands mots croisés optiques et une faible résolution spatiale, il est donc difficile d'optimiser la contradiction entre un taux de détection élevé et un faible taux de fausses alarmes. Les compteurs de photons basés sur des appareils APD HGCDTE à gain élevé presque sans bruit fonctionnent en mode linéaire, n'ont pas de temps mort et les restrictions de diaphonie, n'ont pas de post-impulsion associée au mode Geiger, ne nécessitent pas de circuits de l'extinction, ont une plage de détection ultra-élevée, une plage de réponse spectrale large et accordable, et peuvent être optimisées indépendamment pour une efficacité dynamique et un faux dénombrement accordable. Il ouvre un nouveau domaine d'application de l'imagerie de comptage des photons infrarouges, est une direction de développement importante des dispositifs de comptage de photons et a de larges perspectives d'application dans l'observation astronomique, la communication de l'espace libre, l'imagerie active et passive, le suivi des franges, etc.
Principe du comptage des photons dans les appareils APD HGCDTE
Les dispositifs photodétector APD basés sur les matériaux HGCDTE peuvent couvrir une large gamme de longueurs d'onde, et les coefficients d'ionisation des électrons et des trous sont très différents (voir figure 1 (a)). Ils présentent un mécanisme de multiplication porteur unique dans la longueur d'onde de coupure de 1,3 ~ 11 µm. Il n'y a presque pas de bruit excessif (par rapport au facteur de bruit excédentaire FSI ~ 2-3 des dispositifs SI APD et FIII-V ~ 4-5 des dispositifs de famille III-V (voir figure 1 (b)), de sorte que le rapport signal / bruit des appareils ne baisse presque pas avec l'augmentation du gain, qui est un infrarouge idéalphotodétecteur d'avalanche.
FIGUE. 1 (a) Relation entre le rapport du coefficient d'ionisation d'impact du matériau de Mercury Cadmium Telluride et le composant X de CD; (b) Comparaison du facteur de bruit excédent F des dispositifs APD avec différents systèmes de matériaux
La technologie de comptage de photons est une nouvelle technologie qui peut extraire numériquement des signaux optiques du bruit thermique en résolvant les impulsions photoélectrons générées par unphotodétecteurAprès avoir reçu un seul photon. Étant donné que le signal de faible lumière est plus dispersé dans le domaine temporel, la sortie du signal électrique par le détecteur est également naturelle et discrète. Selon cette caractéristique de la lumière faible, l'amplification d'impulsion, la discrimination par impulsions et les techniques de comptage numérique sont généralement utilisées pour détecter la lumière extrêmement faible. La technologie moderne de comptage de photons présente de nombreux avantages, tels qu'un rapport signal / bruit élevé, une discrimination élevée, une précision de mesure élevée, un bon anti-dérive, une stabilité du bon temps, et peut produire des données sur l'ordinateur sous la forme d'un signal numérique pour une analyse et un traitement ultérieurs, qui sont sans correspondance par d'autres méthodes de détection. À l'heure actuelle, le système de comptage des photons a été largement utilisé dans le domaine de la mesure industrielle et de la détection de faible lumière, tels que l'optique non linéaire, la biologie moléculaire, la spectroscopie à ultra-haute résolution, la photométrie astronomique, la mesure de la pollution atmosphérique, etc., qui sont liées à l'acquisition et à la détection des signaux faibles de la lumière. Le photodétecteur Avalanche Mercury Cadmium Telluride n'a presque pas de bruit excessif, à mesure que le gain augmente, le rapport signal / bruit ne se décompose pas, et il n'y a pas de temps mort et de restriction post-impulsion liée aux appareils d'avalanche Geiger, ce qui est très adapté à l'application dans le comptage des photons, et est une direction de développement importante des dispositifs de comptage des photons dans le futur.
Heure du poste: 14 janvier-2025