పరిచయం, ఫోటాన్ లెక్కింపు రకం లీనియర్ అవలాంచె ఫోటోడెటెక్టర్

పరిచయం, ఫోటాన్ లెక్కింపు రకంలీనియర్ అవలాంచ్ ఫోటోడెటెక్టర్

ఫోటాన్ కౌంటింగ్ టెక్నాలజీ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల రీడౌట్ శబ్దాన్ని అధిగమించడానికి ఫోటాన్ సిగ్నల్‌ను పూర్తిగా విస్తరించగలదు మరియు బలహీనమైన కాంతి వికిరణం కింద డిటెక్టర్ అవుట్పుట్ ఎలక్ట్రికల్ సిగ్నల్ యొక్క సహజ వివిక్త లక్షణాలను ఉపయోగించడం ద్వారా డిటెక్టర్ ద్వారా డిటెక్టర్ ద్వారా ఫోటాన్ల ఉత్పత్తిని రికార్డ్ చేస్తుంది మరియు ఫోటాన్ మీటర్ విలువ ప్రకారం కొలిచిన లక్ష్యం యొక్క సమాచారాన్ని లెక్కించండి. చాలా బలహీనమైన కాంతి గుర్తింపును గ్రహించడానికి, ఫోటాన్ డిటెక్షన్ సామర్ధ్యంతో అనేక రకాల పరికరాలు వివిధ దేశాలలో అధ్యయనం చేయబడ్డాయి. ఘన స్థితి అవలాంచె ఫోటోడియోడ్ (APD ఫోటోడెటెక్టర్) అనేది అంతర్గత ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని ఉపయోగించే పరికరం. వాక్యూమ్ పరికరాలతో పోలిస్తే, ఘన-స్థితి పరికరాలు ప్రతిస్పందన వేగం, చీకటి గణన, విద్యుత్ వినియోగం, వాల్యూమ్ మరియు మాగ్నెటిక్ ఫీల్డ్ సున్నితత్వం మొదలైన వాటిలో స్పష్టమైన ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నాయి. శాస్త్రవేత్తలు ఘన-స్థితి APD ఫోటాన్ లెక్కింపు ఇమేజింగ్ టెక్నాలజీ ఆధారంగా పరిశోధనలు చేశారు.

APD ఫోటోడెటెక్టర్ పరికరంగీగర్ మోడ్ (GM) మరియు లీనియర్ మోడ్ (LM) రెండు వర్కింగ్ మోడ్‌లను కలిగి ఉంది, ప్రస్తుత APD ఫోటాన్ లెక్కింపు ఇమేజింగ్ టెక్నాలజీ ప్రధానంగా గీగర్ మోడ్ APD పరికరాన్ని ఉపయోగిస్తుంది. గీగర్ మోడ్ APD పరికరాలు సింగిల్ ఫోటాన్ స్థాయిలో అధిక సున్నితత్వాన్ని కలిగి ఉంటాయి మరియు అధిక సమయ ఖచ్చితత్వాన్ని పొందడానికి పదుల నానోసెకన్ల యొక్క అధిక ప్రతిస్పందన వేగం. అయినప్పటికీ, గీగర్ మోడ్ APD లో డిటెక్టర్ డెడ్ టైమ్, తక్కువ డిటెక్షన్ సామర్థ్యం, ​​పెద్ద ఆప్టికల్ క్రాస్‌వర్డ్ మరియు తక్కువ ప్రాదేశిక రిజల్యూషన్ వంటి కొన్ని సమస్యలు ఉన్నాయి, కాబట్టి అధిక గుర్తింపు రేటు మరియు తక్కువ తప్పుడు అలారం రేటు మధ్య వైరుధ్యాన్ని ఆప్టిమైజ్ చేయడం కష్టం. సమీప-నోయిస్‌లెస్ హై-లాభం HGCDTE APD పరికరాల ఆధారంగా ఫోటాన్ కౌంటర్లు సరళ మోడ్‌లో పనిచేస్తాయి, చనిపోయిన సమయం మరియు క్రాస్‌స్టాక్ పరిమితులు లేవు, గీగర్ మోడ్‌తో సంబంధం ఉన్న పోస్ట్-పల్స్ లేవు, చల్లార్చే సర్క్యూట్‌లు అవసరం లేదు, అల్ట్రా-హై డైనమిక్ పరిధి, విస్తృత మరియు ట్యూన్ చేయదగిన స్పెక్ట్రల్ ప్రతిస్పందన పరిధిని కలిగి ఉంటాయి మరియు స్వతంత్రంగా ఆప్టిమైజ్ చేయబడతాయి. ఇది ఇన్ఫ్రారెడ్ ఫోటాన్ కౌంటింగ్ ఇమేజింగ్ యొక్క కొత్త అనువర్తన క్షేత్రాన్ని తెరుస్తుంది, ఇది ఫోటాన్ లెక్కింపు పరికరాల యొక్క ముఖ్యమైన అభివృద్ధి దిశ, మరియు ఖగోళ పరిశీలన, ఖాళీ స్థల కమ్యూనికేషన్, క్రియాశీల మరియు నిష్క్రియాత్మక ఇమేజింగ్, అంచు ట్రాకింగ్ మరియు మొదలైన వాటిలో విస్తృత అనువర్తన అవకాశాలను కలిగి ఉంది.

HGCDTE APD పరికరాల్లో ఫోటాన్ లెక్కింపు సూత్రం

HGCDTE పదార్థాల ఆధారంగా APD ఫోటోడెటెక్టర్ పరికరాలు విస్తృత శ్రేణి తరంగదైర్ఘ్యాలను కవర్ చేయగలవు మరియు ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాల యొక్క అయనీకరణ గుణకాలు చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి (మూర్తి 1 (ఎ) చూడండి). అవి 1.3 ~ 11 µm యొక్క కట్-ఆఫ్ తరంగదైర్ఘ్యంలో ఒకే క్యారియర్ గుణకారం యంత్రాంగాన్ని ప్రదర్శిస్తాయి. అదనపు శబ్దం దాదాపుగా లేదు (SI APD పరికరాల యొక్క అదనపు శబ్దం కారకం FSI ~ 2-3 మరియు III-V కుటుంబ పరికరాల యొక్క FIII-V ~ 4-5 (మూర్తి 1 (బి) చూడండి), తద్వారా పరికరాల సిగ్నల్-టు-శబ్దం నిష్పత్తి దాదాపుగా లాభం పెరగదు, ఇది ఆదర్శవంతమైన ఇన్ఫ్రారెడ్అవలాంచె ఫోటోడెటెక్టర్.

Fig. 1 (ఎ) మెర్క్యురీ కాడ్మియం టెల్లరైడ్ మెటీరియల్ మరియు సిడి యొక్క కాంపోనెంట్ ఎక్స్ యొక్క ఇంపాక్ట్ అయనీకరణ గుణకం నిష్పత్తి మధ్య సంబంధం; (బి) వివిధ పదార్థ వ్యవస్థలతో APD పరికరాల యొక్క అదనపు శబ్దం కారకం F యొక్క పోలిక

ఫోటాన్ కౌంటింగ్ టెక్నాలజీ అనేది కొత్త సాంకేతిక పరిజ్ఞానం, ఇది థర్మల్ శబ్దం నుండి ఆప్టికల్ సిగ్నల్స్ డిజిటల్‌గా సేకరించగలదుఫోటోడెటెక్టర్ఒకే ఫోటాన్ స్వీకరించిన తరువాత. తక్కువ-కాంతి సిగ్నల్ టైమ్ డొమైన్‌లో మరింత చెదరగొట్టబడినందున, డిటెక్టర్ ద్వారా విద్యుత్ సిగ్నల్ అవుట్పుట్ కూడా సహజమైనది మరియు వివిక్తమైనది. బలహీనమైన కాంతి యొక్క ఈ లక్షణం ప్రకారం, పల్స్ యాంప్లిఫికేషన్, పల్స్ వివక్ష మరియు డిజిటల్ లెక్కింపు పద్ధతులు సాధారణంగా చాలా బలహీనమైన కాంతిని గుర్తించడానికి ఉపయోగిస్తారు. ఆధునిక ఫోటాన్ లెక్కింపు సాంకేతిక పరిజ్ఞానం అధిక సిగ్నల్-టు-శబ్దం నిష్పత్తి, అధిక వివక్ష, అధిక కొలత ఖచ్చితత్వం, మంచి యాంటీ-డ్రిఫ్ట్, మంచి సమయ స్థిరత్వం మరియు ఇతర గుర్తింపు పద్ధతుల ద్వారా సరిపోలని తదుపరి విశ్లేషణ మరియు ప్రాసెసింగ్ కోసం డిజిటల్ సిగ్నల్ రూపంలో కంప్యూటర్‌కు డేటాను అవుట్పుట్ చేయవచ్చు. ప్రస్తుతం, ఫోటాన్ లెక్కింపు వ్యవస్థ పారిశ్రామిక కొలత మరియు తక్కువ-కాంతి గుర్తింపు రంగంలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడింది, నాన్ లీనియర్ ఆప్టిక్స్, మాలిక్యులర్ బయాలజీ, అల్ట్రా-హై రిజల్యూషన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ, ఖగోళ ఫోటోమెట్రీ, వాతావరణ కాలుష్య కొలత మొదలైనవి, ఇవి బలహీనమైన కాంతి సంకేతాల సముపార్జన మరియు గుర్తించడానికి సంబంధించినవి. మెర్క్యురీ కాడ్మియం టెల్లూరైడ్ అవలాంచె ఫోటోడెటెక్టర్‌కు లాభం పెరిగేకొద్దీ, సిగ్నల్-టు-శబ్దం నిష్పత్తి క్షీణించదు, మరియు గీగర్ అవలాంచె పరికరాలకు సంబంధించి చనిపోయిన సమయం మరియు పోస్ట్-పల్స్ పరిమితి లేదు, ఇది ఫోటోన్ లెక్కింపులో ఒక ముఖ్యమైన అభివృద్ధి దిశలో ముఖ్యమైన అభివృద్ధి దిశలో ఇది చాలా అనుకూలంగా ఉంటుంది.