పరిచయం, ఫోటాన్ కౌంటింగ్ రకం లీనియర్ హిమపాతం ఫోటోడెటెక్టర్

పరిచయం, ఫోటాన్ లెక్కింపు రకంలీనియర్ హిమపాతం ఫోటోడిటెక్టర్

ఫోటాన్ లెక్కింపు సాంకేతికత ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల రీడౌట్ శబ్దాన్ని అధిగమించడానికి ఫోటాన్ సిగ్నల్‌ను పూర్తిగా విస్తరించగలదు మరియు బలహీనమైన కాంతి వికిరణంలో డిటెక్టర్ అవుట్‌పుట్ ఎలక్ట్రికల్ సిగ్నల్ యొక్క సహజ వివిక్త లక్షణాలను ఉపయోగించి డిటెక్టర్ ద్వారా ఫోటాన్ల అవుట్‌పుట్ సంఖ్యను నిర్దిష్ట సమయంలో రికార్డ్ చేయగలదు మరియు ఫోటాన్ మీటర్ విలువ ప్రకారం కొలిచిన లక్ష్యం యొక్క సమాచారాన్ని లెక్కించగలదు. చాలా బలహీనమైన కాంతి గుర్తింపును గ్రహించడానికి, వివిధ దేశాలలో ఫోటాన్ గుర్తింపు సామర్థ్యంతో అనేక రకాల పరికరాలను అధ్యయనం చేశారు. ఘన స్థితి హిమపాతం ఫోటోడయోడ్ (APD ఫోటోడిటెక్టర్) అనేది కాంతి సంకేతాలను గుర్తించడానికి అంతర్గత ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని ఉపయోగించే పరికరం. వాక్యూమ్ పరికరాలతో పోలిస్తే, ఘన-స్థితి పరికరాలు ప్రతిస్పందన వేగం, డార్క్ కౌంట్, విద్యుత్ వినియోగం, వాల్యూమ్ మరియు అయస్కాంత క్షేత్ర సున్నితత్వం మొదలైన వాటిలో స్పష్టమైన ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నాయి. శాస్త్రవేత్తలు ఘన-స్థితి APD ఫోటాన్ కౌంటింగ్ ఇమేజింగ్ టెక్నాలజీ ఆధారంగా పరిశోధనలు నిర్వహించారు.

APD ఫోటోడిటెక్టర్ పరికరంగీగర్ మోడ్ (GM) మరియు లీనియర్ మోడ్ (LM) అనే రెండు వర్కింగ్ మోడ్‌లను కలిగి ఉంది, ప్రస్తుత APD ఫోటాన్ కౌంటింగ్ ఇమేజింగ్ టెక్నాలజీ ప్రధానంగా గీగర్ మోడ్ APD పరికరాన్ని ఉపయోగిస్తుంది. గీగర్ మోడ్ APD పరికరాలు సింగిల్ ఫోటాన్ స్థాయిలో అధిక సున్నితత్వాన్ని మరియు అధిక సమయ ఖచ్చితత్వాన్ని పొందడానికి పదుల నానోసెకన్ల అధిక ప్రతిస్పందన వేగాన్ని కలిగి ఉంటాయి. అయితే, గీగర్ మోడ్ APD డిటెక్టర్ డెడ్ టైమ్, తక్కువ డిటెక్షన్ సామర్థ్యం, ​​పెద్ద ఆప్టికల్ క్రాస్‌వర్డ్ మరియు తక్కువ స్పేషియల్ రిజల్యూషన్ వంటి కొన్ని సమస్యలను కలిగి ఉంది, కాబట్టి అధిక డిటెక్షన్ రేటు మరియు తక్కువ తప్పుడు అలారం రేటు మధ్య వైరుధ్యాన్ని ఆప్టిమైజ్ చేయడం కష్టం. దాదాపు శబ్దం లేని అధిక-లాభ HgCdTe APD పరికరాలు లీనియర్ మోడ్‌లో పనిచేస్తాయి, డెడ్ టైమ్ మరియు క్రాస్‌స్టాక్ పరిమితులు లేవు, గీగర్ మోడ్‌తో అనుబంధించబడిన పోస్ట్-పల్స్ లేవు, క్వెన్చ్ సర్క్యూట్‌లు అవసరం లేదు, అల్ట్రా-హై డైనమిక్ పరిధి, వైడ్ మరియు ట్యూనబుల్ స్పెక్ట్రల్ ప్రతిస్పందన పరిధిని కలిగి ఉంటాయి మరియు డిటెక్షన్ సామర్థ్యం మరియు తప్పుడు గణన రేటు కోసం స్వతంత్రంగా ఆప్టిమైజ్ చేయవచ్చు. ఇది ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ఫోటాన్ కౌంటింగ్ ఇమేజింగ్ యొక్క కొత్త అప్లికేషన్ ఫీల్డ్‌ను తెరుస్తుంది, ఫోటాన్ కౌంటింగ్ పరికరాల యొక్క ముఖ్యమైన అభివృద్ధి దిశ, మరియు ఖగోళ పరిశీలన, ఖాళీ స్థల కమ్యూనికేషన్, యాక్టివ్ మరియు పాసివ్ ఇమేజింగ్, ఫ్రింజ్ ట్రాకింగ్ మొదలైన వాటిలో విస్తృత అప్లికేషన్ అవకాశాలను కలిగి ఉంది.

HgCdTe APD పరికరాల్లో ఫోటాన్ లెక్కింపు సూత్రం

HgCdTe పదార్థాలపై ఆధారపడిన APD ఫోటోడెటెక్టర్ పరికరాలు విస్తృత శ్రేణి తరంగదైర్ఘ్యాలను కవర్ చేయగలవు మరియు ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాల అయనీకరణ గుణకాలు చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి (చిత్రం 1 (a) చూడండి). అవి 1.3~11 µm కట్-ఆఫ్ తరంగదైర్ఘ్యంలో ఒకే క్యారియర్ గుణకార విధానాన్ని ప్రదర్శిస్తాయి. దాదాపుగా అదనపు శబ్దం లేదు (Si APD పరికరాల అదనపు శబ్ద కారకం FSi~2-3 మరియు III-V కుటుంబ పరికరాల FIII-V~4-5తో పోలిస్తే (చిత్రం 1 (b) చూడండి), తద్వారా పరికరాల సిగ్నల్-టు-నాయిస్ నిష్పత్తి లాభం పెరుగుదలతో దాదాపుగా తగ్గదు, ఇది ఆదర్శ పరారుణ.హిమపాతం ఫోటోడిటెక్టర్.

FIG. 1 (a) పాదరసం కాడ్మియం టెల్యూరైడ్ పదార్థం యొక్క ప్రభావ అయనీకరణ గుణకం నిష్పత్తి మరియు Cd యొక్క భాగం x మధ్య సంబంధం; (b) వివిధ పదార్థ వ్యవస్థలతో APD పరికరాల అదనపు శబ్ద కారకం F యొక్క పోలిక

ఫోటాన్ కౌంటింగ్ టెక్నాలజీ అనేది ఒక కొత్త టెక్నాలజీ, ఇది ఒక ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన ఫోటోఎలక్ట్రాన్ పల్స్‌లను పరిష్కరించడం ద్వారా థర్మల్ శబ్దం నుండి ఆప్టికల్ సిగ్నల్‌లను డిజిటల్‌గా సంగ్రహించగలదు.ఫోటోడిటెక్టర్ఒకే ఫోటాన్‌ను స్వీకరించిన తర్వాత. తక్కువ-కాంతి సిగ్నల్ సమయ డొమైన్‌లో ఎక్కువగా చెదరగొట్టబడినందున, డిటెక్టర్ ద్వారా విద్యుత్ సిగ్నల్ అవుట్‌పుట్ కూడా సహజమైనది మరియు వివిక్తమైనది. బలహీనమైన కాంతి యొక్క ఈ లక్షణం ప్రకారం, పల్స్ యాంప్లిఫికేషన్, పల్స్ వివక్షత మరియు డిజిటల్ లెక్కింపు పద్ధతులు సాధారణంగా చాలా బలహీనమైన కాంతిని గుర్తించడానికి ఉపయోగించబడతాయి. ఆధునిక ఫోటాన్ లెక్కింపు సాంకేతికత అధిక సిగ్నల్-టు-శబ్ద నిష్పత్తి, అధిక వివక్షత, అధిక కొలత ఖచ్చితత్వం, మంచి యాంటీ-డ్రిఫ్ట్, మంచి సమయ స్థిరత్వం వంటి అనేక ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది మరియు తదుపరి విశ్లేషణ మరియు ప్రాసెసింగ్ కోసం డిజిటల్ సిగ్నల్ రూపంలో డేటాను కంప్యూటర్‌కు అవుట్‌పుట్ చేయగలదు, ఇది ఇతర గుర్తింపు పద్ధతులతో సరిపోలలేదు. ప్రస్తుతం, ఫోటాన్ లెక్కింపు వ్యవస్థ పారిశ్రామిక కొలత మరియు తక్కువ-కాంతి గుర్తింపు రంగంలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతోంది, అవి నాన్ లీనియర్ ఆప్టిక్స్, మాలిక్యులర్ బయాలజీ, అల్ట్రా-హై రిజల్యూషన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ, ఖగోళ ఫోటోమెట్రీ, వాతావరణ కాలుష్య కొలత మొదలైనవి, ఇవి బలహీనమైన కాంతి సంకేతాల సముపార్జన మరియు గుర్తింపుకు సంబంధించినవి. మెర్క్యురీ కాడ్మియం టెల్యూరైడ్ అవలాంచ్ ఫోటోడెటెక్టర్‌లో దాదాపుగా అదనపు శబ్దం ఉండదు, లాభం పెరిగేకొద్దీ, సిగ్నల్-టు-నాయిస్ నిష్పత్తి క్షీణించదు మరియు గీగర్ అవలాంచ్ పరికరాలకు సంబంధించి డెడ్ టైమ్ మరియు పోస్ట్-పల్స్ పరిమితి లేదు, ఇది ఫోటాన్ లెక్కింపులో అప్లికేషన్‌కు చాలా అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు భవిష్యత్తులో ఫోటాన్ లెక్కింపు పరికరాల యొక్క ముఖ్యమైన అభివృద్ధి దిశ.