పరిచయం, ఫోటాన్ లెక్కింపు రకం లీనియర్ అవలాంచ్ ఫోటోడిటెక్టర్

పరిచయం, ఫోటాన్ లెక్కింపు రకంలీనియర్ అవలాంచ్ ఫోటోడిటెక్టర్

ఫోటాన్ కౌంటింగ్ టెక్నాలజీ, ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల రీడౌట్ నాయిస్‌ను అధిగమించడానికి ఫోటాన్ సిగ్నల్‌ను పూర్తిగా విస్తరింపజేస్తుంది. ఇది బలహీనమైన కాంతి కిరణాల కింద డిటెక్టర్ అవుట్‌పుట్ ఎలక్ట్రికల్ సిగ్నల్ యొక్క సహజ వివిక్త లక్షణాలను ఉపయోగించి, ఒక నిర్దిష్ట కాల వ్యవధిలో డిటెక్టర్ ద్వారా అవుట్‌పుట్ అయ్యే ఫోటాన్‌ల సంఖ్యను రికార్డ్ చేస్తుంది మరియు ఫోటాన్ మీటర్ విలువ ప్రకారం కొలవబడిన లక్ష్యం యొక్క సమాచారాన్ని లెక్కిస్తుంది. అత్యంత బలహీనమైన కాంతిలో కూడా దీనిని గుర్తించేందుకు, వివిధ దేశాలలో ఫోటాన్ డిటెక్షన్ సామర్థ్యం గల అనేక రకాల పరికరాలపై అధ్యయనాలు జరిగాయి. ఒక సాలిడ్ స్టేట్ అవలాంచ్ ఫోటోడయోడ్ (APD ఫోటోడిటెక్టర్APD అనేది కాంతి సంకేతాలను గుర్తించడానికి అంతర్గత ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని ఉపయోగించే ఒక పరికరం. వాక్యూమ్ పరికరాలతో పోలిస్తే, సాలిడ్-స్టేట్ పరికరాలు ప్రతిస్పందన వేగం, డార్క్ కౌంట్, విద్యుత్ వినియోగం, పరిమాణం మరియు అయస్కాంత క్షేత్ర సున్నితత్వం మొదలైన వాటిలో స్పష్టమైన ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంటాయి. శాస్త్రవేత్తలు సాలిడ్-స్టేట్ APD ఫోటాన్ కౌంటింగ్ ఇమేజింగ్ టెక్నాలజీ ఆధారంగా పరిశోధనలు చేపట్టారు.

APD ఫోటోడిటెక్టర్ పరికరంగీగర్ మోడ్ (GM) మరియు లీనియర్ మోడ్ (LM) అనే రెండు వర్కింగ్ మోడ్‌లు ఉన్నందున, ప్రస్తుత APD ఫోటాన్ కౌంటింగ్ ఇమేజింగ్ టెక్నాలజీ ప్రధానంగా గీగర్ మోడ్ APD పరికరాన్ని ఉపయోగిస్తుంది. గీగర్ మోడ్ APD పరికరాలు అధిక సమయ కచ్చితత్వాన్ని పొందడానికి, సింగిల్ ఫోటాన్ స్థాయిలో అధిక సున్నితత్వాన్ని మరియు పదుల నానోసెకన్ల అధిక ప్రతిస్పందన వేగాన్ని కలిగి ఉంటాయి. అయితే, గీగర్ మోడ్ APDలో డిటెక్టర్ డెడ్ టైమ్, తక్కువ డిటెక్షన్ సామర్థ్యం, ​​పెద్ద ఆప్టికల్ క్రాస్‌వర్డ్ మరియు తక్కువ స్పేషియల్ రిజల్యూషన్ వంటి కొన్ని సమస్యలు ఉన్నాయి, కాబట్టి అధిక డిటెక్షన్ రేటు మరియు తక్కువ ఫాల్స్ అలారం రేటు మధ్య ఉన్న వైరుధ్యాన్ని ఆప్టిమైజ్ చేయడం కష్టం. దాదాపు నాయిస్‌లెస్ హై-గెయిన్ HgCdTe APD పరికరాలపై ఆధారపడిన ఫోటాన్ కౌంటర్లు లీనియర్ మోడ్‌లో పనిచేస్తాయి, వీటికి డెడ్ టైమ్ మరియు క్రాస్‌టాక్ పరిమితులు ఉండవు, గీగర్ మోడ్‌తో సంబంధం ఉన్న పోస్ట్-పల్స్ ఉండదు, క్వెంచ్ సర్క్యూట్‌లు అవసరం లేదు, అల్ట్రా-హై డైనమిక్ రేంజ్, విస్తృత మరియు ట్యూనబుల్ స్పెక్ట్రల్ రెస్పాన్స్ రేంజ్‌ను కలిగి ఉంటాయి, మరియు డిటెక్షన్ సామర్థ్యం మరియు ఫాల్స్ కౌంట్ రేటు కోసం స్వతంత్రంగా ఆప్టిమైజ్ చేయబడతాయి. ఇది ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ఫోటాన్ కౌంటింగ్ ఇమేజింగ్ యొక్క కొత్త అనువర్తన రంగాన్ని తెరుస్తుంది, ఫోటాన్ కౌంటింగ్ పరికరాల అభివృద్ధిలో ఒక ముఖ్యమైన దిశగా ఉంది మరియు ఖగోళ పరిశీలన, ఫ్రీ స్పేస్ కమ్యూనికేషన్, యాక్టివ్ మరియు పాసివ్ ఇమేజింగ్, ఫ్రింజ్ ట్రాకింగ్ మొదలైన వాటిలో విస్తృత అనువర్తన అవకాశాలను కలిగి ఉంది.

HgCdTe APD పరికరాలలో ఫోటాన్ లెక్కింపు సూత్రం

HgCdTe పదార్థాలపై ఆధారపడిన APD ఫోటోడిటెక్టర్ పరికరాలు విస్తృత శ్రేణి తరంగదైర్ఘ్యాలను కవర్ చేయగలవు, మరియు ఎలక్ట్రాన్లు మరియు హోల్స్ యొక్క అయనీకరణ గుణకాలు చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి (మూర్తి 1 (a) చూడండి). అవి 1.3~11 µm కట్-ఆఫ్ తరంగదైర్ఘ్యం లోపల ఒకే క్యారియర్ గుణన యంత్రాంగాన్ని ప్రదర్శిస్తాయి. దాదాపుగా అదనపు శబ్దం ఉండదు (Si APD పరికరాల అదనపు శబ్ద కారకం FSi~2-3 మరియు III-V ఫ్యామిలీ పరికరాల FIII-V~4-5 తో పోలిస్తే (మూర్తి 1 (b) చూడండి), అందువల్ల గెయిన్ పెరిగినప్పటికీ పరికరాల సిగ్నల్-టు-నాయిస్ నిష్పత్తి దాదాపుగా తగ్గదు, ఇది ఒక ఆదర్శవంతమైన ఇన్‌ఫ్రారెడ్హిమపాతం ఫోటోడిటెక్టర్.

పటం 1 (ఎ) మెర్క్యురీ కాడ్మియం టెల్లూరైడ్ పదార్థం యొక్క ఇంపాక్ట్ అయనైజేషన్ కోఎఫిషియంట్ నిష్పత్తికి మరియు Cd యొక్క కాంపోనెంట్ xకి మధ్య సంబంధం; (బి) విభిన్న మెటీరియల్ సిస్టమ్స్‌తో APD పరికరాల యొక్క అదనపు నాయిస్ ఫ్యాక్టర్ F యొక్క పోలిక

ఫోటాన్ కౌంటింగ్ టెక్నాలజీ అనేది ఒక కొత్త సాంకేతికత, ఇది కాంతి ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన ఫోటోఎలక్ట్రాన్ పల్స్‌లను విశ్లేషించడం ద్వారా ఉష్ణ శబ్దం నుండి కాంతి సంకేతాలను డిజిటల్‌గా సంగ్రహించగలదు.ఫోటోడిటెక్టర్ఒకే ఫోటాన్‌ను స్వీకరించిన తర్వాత. తక్కువ-కాంతి సిగ్నల్ టైమ్ డొమైన్‌లో మరింత విస్తరించి ఉంటుంది కాబట్టి, డిటెక్టర్ ద్వారా వెలువడే విద్యుత్ సిగ్నల్ కూడా సహజంగా మరియు వివిక్తంగా ఉంటుంది. బలహీన కాంతి యొక్క ఈ లక్షణం ప్రకారం, అత్యంత బలహీనమైన కాంతిని గుర్తించడానికి సాధారణంగా పల్స్ యాంప్లిఫికేషన్, పల్స్ డిస్క్రిమినేషన్ మరియు డిజిటల్ కౌంటింగ్ పద్ధతులను ఉపయోగిస్తారు. ఆధునిక ఫోటాన్ కౌంటింగ్ టెక్నాలజీకి అధిక సిగ్నల్-టు-నాయిస్ నిష్పత్తి, అధిక డిస్క్రిమినేషన్, అధిక కొలత కచ్చితత్వం, మంచి యాంటీ-డ్రిఫ్ట్, మంచి టైమ్ స్టెబిలిటీ వంటి అనేక ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. అంతేకాకుండా, ఇది తదుపరి విశ్లేషణ మరియు ప్రాసెసింగ్ కోసం డేటాను డిజిటల్ సిగ్నల్ రూపంలో కంప్యూటర్‌కు అవుట్‌పుట్ చేయగలదు, ఇది ఇతర డిటెక్షన్ పద్ధతులకు సాటిలేనిది. ప్రస్తుతం, బలహీన కాంతి సిగ్నల్స్ సేకరణ మరియు గుర్తింపుకు సంబంధించిన నాన్‌లీనియర్ ఆప్టిక్స్, మాలిక్యులర్ బయాలజీ, అల్ట్రా-హై రిజల్యూషన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ, ఆస్ట్రోనామికల్ ఫోటోమెట్రీ, వాతావరణ కాలుష్య కొలత మొదలైన పారిశ్రామిక కొలత మరియు తక్కువ-కాంతి డిటెక్షన్ రంగాలలో ఫోటాన్ కౌంటింగ్ సిస్టమ్ విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతోంది. మెర్క్యురీ కాడ్మియం టెల్యురైడ్ అవలాంచ్ ఫోటోడిటెక్టర్‌లో దాదాపుగా అదనపు శబ్దం ఉండదు, గెయిన్ పెరిగే కొద్దీ సిగ్నల్-టు-నాయిస్ నిష్పత్తి క్షీణించదు, మరియు గీగర్ అవలాంచ్ పరికరాలకు సంబంధించిన డెడ్ టైమ్ మరియు పోస్ట్-పల్స్ పరిమితి ఇందులో ఉండదు. ఇది ఫోటాన్ కౌంటింగ్‌లో అనువర్తనానికి చాలా అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు భవిష్యత్తులో ఫోటాన్ కౌంటింగ్ పరికరాల అభివృద్ధిలో ఒక ముఖ్యమైన దిశగా నిలుస్తుంది.