Utangulizi, aina ya kuhesabu fotonikigunduzi cha picha cha mstari wa maporomoko ya theluji
Teknolojia ya kuhesabu fotoni inaweza kuongeza kikamilifu ishara ya fotoni ili kushinda kelele ya kusoma ya vifaa vya kielektroniki, na kurekodi idadi ya matokeo ya fotoni na kigunduzi katika kipindi fulani cha muda kwa kutumia sifa za asili za ishara ya umeme ya matokeo ya kigunduzi chini ya mwanga hafifu wa mwanga, na kuhesabu taarifa ya shabaha iliyopimwa kulingana na thamani ya mita ya fotoni. Ili kutambua ugunduzi dhaifu sana wa mwanga, aina nyingi tofauti za vifaa vyenye uwezo wa kugundua fotoni vimesomwa katika nchi mbalimbali. Photodiode ya hali ngumu ya maporomoko ya theluji (Kigunduzi cha picha cha APD) ni kifaa kinachotumia athari ya ndani ya fotoelektri ili kugundua mawimbi ya mwanga. Ikilinganishwa na vifaa vya utupu, vifaa vya hali ngumu vina faida dhahiri katika kasi ya mwitikio, idadi nyeusi, matumizi ya nguvu, ujazo na unyeti wa uwanja wa sumaku, n.k. Wanasayansi wamefanya utafiti kulingana na teknolojia ya upigaji picha wa kuhesabu fotoni ya APD ya hali ngumu.
Kifaa cha kigunduzi cha picha cha APDIna hali ya Geiger (GM) na hali ya mstari (LM) aina mbili za kazi, teknolojia ya sasa ya upigaji picha ya kuhesabu fotoni ya APD hutumia zaidi kifaa cha APD cha hali ya Geiger. Vifaa vya APD vya hali ya Geiger vina unyeti mkubwa katika kiwango cha fotoni moja na kasi ya juu ya mwitikio wa makumi ya sekunde nano ili kupata usahihi wa wakati wa juu. Hata hivyo, APD ya hali ya Geiger ina matatizo kama vile muda usio na kipimo, ufanisi mdogo wa kugundua, mtambuka mkubwa wa macho na azimio la chini la anga, kwa hivyo ni vigumu kuboresha mkanganyiko kati ya kiwango cha juu cha kugundua na kiwango cha chini cha kengele ya uwongo. Vihesabu vya fotoni kulingana na vifaa vya APD vya HgCdTe vya HgCdTe visivyo na kelele hufanya kazi katika hali ya mstari, havina vikwazo vya muda usio na kipimo na mazungumzo ya msalaba, havina mapigo ya baada ya mpigo yanayohusiana na hali ya Geiger, havihitaji saketi za kuzima, vina masafa ya nguvu ya juu sana, masafa ya mwitikio wa spektra pana na yanayoweza kubadilishwa, na vinaweza kuboreshwa kwa kujitegemea kwa ufanisi wa kugundua na kiwango cha hesabu ya uwongo. Inafungua uwanja mpya wa matumizi ya upigaji picha wa kuhesabu fotoni kwa infrared, ni mwelekeo muhimu wa maendeleo ya vifaa vya kuhesabu fotoni, na ina matarajio mapana ya matumizi katika uchunguzi wa angani, mawasiliano ya anga huru, upigaji picha hai na tulivu, ufuatiliaji wa pembezoni na kadhalika.
Kanuni ya kuhesabu fotoni katika vifaa vya HgCdTe APD
Vifaa vya kigunduzi cha picha cha APD kulingana na nyenzo za HgCdTe vinaweza kufunika aina mbalimbali za mawimbi, na viambato vya ioni vya elektroni na mashimo ni tofauti sana (tazama Mchoro 1 (a)). Vinaonyesha utaratibu mmoja wa kuzidisha wabebaji ndani ya urefu wa mawimbi wa kukata wa 1.3 ~ 11 µm. Karibu hakuna kelele ya ziada (ikilinganishwa na kipengele cha kelele cha ziada FSi~2-3 cha vifaa vya Si APD na FIII-V~4-5 vya vifaa vya familia ya III-V (tazama Mchoro 1 (b)), ili uwiano wa ishara-kwa-kelele wa vifaa karibu usipungue na ongezeko la faida, ambayo ni infrared bora.kigunduzi cha picha cha maporomoko ya theluji.
Mchoro 1 (a) Uhusiano kati ya uwiano wa mgawo wa ioni ya athari ya nyenzo ya zebaki ya kadmiamu telluridi na sehemu x ya Cd; (b) Ulinganisho wa kipengele cha kelele cha ziada F cha vifaa vya APD na mifumo tofauti ya nyenzo
Teknolojia ya kuhesabu fotoni ni teknolojia mpya ambayo inaweza kutoa ishara za macho kidijitali kutoka kwa kelele ya joto kwa kutatua mapigo ya fotoelektroni yanayotokana nakigunduzi cha pichabaada ya kupokea fotoni moja. Kwa kuwa ishara ya mwanga mdogo hutawanywa zaidi katika eneo la muda, utoaji wa ishara ya umeme na kigunduzi pia ni wa asili na wa pekee. Kulingana na sifa hii ya mwanga dhaifu, ukuzaji wa mapigo, ubaguzi wa mapigo na mbinu za kuhesabu dijitali kwa kawaida hutumika kugundua mwanga dhaifu sana. Teknolojia ya kisasa ya kuhesabu fotoni ina faida nyingi, kama vile uwiano wa juu wa ishara-kwa-kelele, ubaguzi wa juu, usahihi wa kipimo cha juu, kuzuia kuteleza vizuri, utulivu mzuri wa wakati, na inaweza kutoa data kwenye kompyuta katika mfumo wa ishara ya dijitali kwa uchambuzi na usindikaji unaofuata, ambao haulinganishwi na njia zingine za kugundua. Kwa sasa, mfumo wa kuhesabu fotoni umetumika sana katika uwanja wa upimaji wa viwanda na ugunduzi wa mwanga mdogo, kama vile optiki zisizo za mstari, biolojia ya molekuli, spektroskopia ya azimio la juu sana, upigaji picha wa angani, kipimo cha uchafuzi wa anga, n.k., ambazo zinahusiana na upatikanaji na ugunduzi wa ishara dhaifu za mwanga. Kigunduzi cha picha cha maporomoko ya theluji cha zebaki cha cadmium telluride hakina kelele nyingi, kadri ongezeko linavyoongezeka, uwiano wa ishara-kwa-kelele hauozi, na hakuna kizuizi cha muda usiofaa na kizuizi cha baada ya mapigo kinachohusiana na vifaa vya maporomoko ya theluji vya Geiger, ambacho kinafaa sana kwa matumizi katika kuhesabu fotoni, na ni mwelekeo muhimu wa maendeleo ya vifaa vya kuhesabu fotoni katika siku zijazo.
Muda wa chapisho: Januari-14-2025