परिचय, फोटॉन गणना प्रकार रैखिक हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

परिचय, फोटॉन गणना प्रकाररैखिक हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

फोटॉन गणना तकनीक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के रीडआउट शोर को दूर करने के लिए फोटॉन सिग्नल को पूरी तरह से प्रवर्धित कर सकती है, और कमज़ोर प्रकाश विकिरण के तहत डिटेक्टर आउटपुट विद्युत सिग्नल की प्राकृतिक असतत विशेषताओं का उपयोग करके एक निश्चित समयावधि में डिटेक्टर द्वारा आउटपुट किए गए फोटॉनों की संख्या को रिकॉर्ड कर सकती है, और फोटॉन मीटर के मान के अनुसार मापे गए लक्ष्य की जानकारी की गणना कर सकती है। अत्यंत कमज़ोर प्रकाश का पता लगाने की क्षमता को साकार करने के लिए, विभिन्न देशों में फोटॉन पहचान क्षमता वाले कई विभिन्न प्रकार के उपकरणों का अध्ययन किया गया है। एक ठोस अवस्था हिमस्खलन फोटोडायोड (एपीडी फोटोडिटेक्टर) एक ऐसा उपकरण है जो प्रकाश संकेतों का पता लगाने के लिए आंतरिक प्रकाश-विद्युत प्रभाव का उपयोग करता है। निर्वात उपकरणों की तुलना में, ठोस-अवस्था उपकरणों में प्रतिक्रिया गति, डार्क काउंट, बिजली की खपत, आयतन और चुंबकीय क्षेत्र संवेदनशीलता आदि में स्पष्ट लाभ होते हैं। वैज्ञानिकों ने ठोस-अवस्था APD फोटॉन काउंटिंग इमेजिंग तकनीक पर आधारित शोध किया है।

एपीडी फोटोडिटेक्टर डिवाइसगीजर मोड (जीएम) और रैखिक मोड (एलएम) दो कार्य मोड हैं, वर्तमान एपीडी फोटॉन गिनती इमेजिंग तकनीक मुख्य रूप से गीजर मोड एपीडी डिवाइस का उपयोग करती है। गीजर मोड एपीडी उपकरणों में एकल फोटॉन के स्तर पर उच्च संवेदनशीलता और उच्च समय सटीकता प्राप्त करने के लिए नैनोसेकंड के दसियों की उच्च प्रतिक्रिया गति होती है। हालांकि, गीजर मोड एपीडी में डिटेक्टर डेड टाइम, कम डिटेक्शन दक्षता, बड़े ऑप्टिकल क्रॉसवर्ड और कम स्थानिक रिज़ॉल्यूशन जैसी कुछ समस्याएं हैं, इसलिए उच्च डिटेक्शन दर और कम गलत अलार्म दर के बीच विरोधाभास को अनुकूलित करना मुश्किल है। लगभग नीरव उच्च-लाभ HgCdTe APD उपकरणों पर आधारित फोटॉन काउंटर रैखिक मोड में काम करते हैं, इनमें कोई डेड टाइम और क्रॉसस्टॉक प्रतिबंध नहीं होते हैं, इनमें गीजर मोड से जुड़ा कोई पोस्ट-पल्स नहीं होता है यह अवरक्त फोटॉन गिनती इमेजिंग का एक नया अनुप्रयोग क्षेत्र खोलता है, फोटॉन गिनती उपकरणों की एक महत्वपूर्ण विकास दिशा है, और खगोलीय अवलोकन, मुक्त अंतरिक्ष संचार, सक्रिय और निष्क्रिय इमेजिंग, फ्रिंज ट्रैकिंग आदि में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं।

HgCdTe APD उपकरणों में फोटॉन गणना का सिद्धांत

HgCdTe पदार्थों पर आधारित APD फोटोडिटेक्टर उपकरण तरंगदैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला को कवर कर सकते हैं, और इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के आयनीकरण गुणांक बहुत भिन्न होते हैं (चित्र 1 (a) देखें)। वे 1.3~11 µm की कट-ऑफ तरंगदैर्ध्य के भीतर एकल वाहक गुणन क्रियाविधि प्रदर्शित करते हैं। इनमें लगभग कोई अतिरिक्त शोर नहीं होता (Si APD उपकरणों के अतिरिक्त शोर कारक FSi~2-3 और III-V परिवार के उपकरणों के FIII-V~4-5 की तुलना में (चित्र 1 (b) देखें), जिससे उपकरणों का संकेत-से-शोर अनुपात लाभ में वृद्धि के साथ लगभग कम नहीं होता, जो एक आदर्श अवरक्त विकिरण है।हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर.

चित्र 1 (क) पारा कैडमियम टेल्यूराइड सामग्री के प्रभाव आयनीकरण गुणांक अनुपात और Cd के घटक x के बीच संबंध; (ख) विभिन्न सामग्री प्रणालियों के साथ APD उपकरणों के अतिरिक्त शोर कारक F की तुलना

फोटॉन गणना प्रौद्योगिकी एक नई तकनीक है जो किसी प्रकाश स्रोत द्वारा उत्पन्न फोटोइलेक्ट्रॉन स्पंदों को हल करके थर्मल शोर से ऑप्टिकल संकेतों को डिजिटल रूप से निकाल सकती है।फोटोडिटेक्टरएकल फोटॉन प्राप्त करने के बाद। चूँकि कम-प्रकाश संकेत समय क्षेत्र में अधिक फैला हुआ होता है, इसलिए डिटेक्टर द्वारा विद्युत संकेत आउटपुट भी प्राकृतिक और असतत होता है। कमजोर प्रकाश की इस विशेषता के अनुसार, अत्यंत कमजोर प्रकाश का पता लगाने के लिए आमतौर पर पल्स एम्पलीफिकेशन, पल्स डिस्क्रिमिनेशन और डिजिटल काउंटिंग तकनीकों का उपयोग किया जाता है। आधुनिक फोटॉन काउंटिंग तकनीक के कई फायदे हैं, जैसे उच्च सिग्नल-टू-शोर अनुपात, उच्च भेदभाव, उच्च माप सटीकता, अच्छा एंटी-ड्रिफ्ट, अच्छा समय स्थिरता, और बाद के विश्लेषण और प्रसंस्करण के लिए डिजिटल सिग्नल के रूप में कंप्यूटर को डेटा आउटपुट कर सकता है, जो अन्य पता लगाने के तरीकों से बेजोड़ है। वर्तमान में, फोटॉन काउंटिंग प्रणाली का व्यापक रूप से औद्योगिक माप और कम-प्रकाश का पता लगाने के क्षेत्र में उपयोग किया गया है, जैसे कि नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स, आणविक जीव विज्ञान, अल्ट्रा-हाई रेजोल्यूशन स्पेक्ट्रोस्कोपी, खगोलीय फोटोमेट्री, वायुमंडलीय प्रदूषण माप, आदि, जो कमजोर प्रकाश संकेतों के अधिग्रहण और पता लगाने से संबंधित हैं। पारा कैडमियम टेल्यूराइड हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर में लगभग कोई अतिरिक्त शोर नहीं होता है, जैसे-जैसे लाभ बढ़ता है, सिग्नल-टू-शोर अनुपात क्षय नहीं होता है, और गीगर हिमस्खलन उपकरणों से संबंधित कोई मृत समय और पोस्ट-पल्स प्रतिबंध नहीं होता है, जो फोटॉन गिनती में आवेदन के लिए बहुत उपयुक्त है, और भविष्य में फोटॉन गिनती उपकरणों की एक महत्वपूर्ण विकास दिशा है।