परिचय, फोटॉन गणना प्रकार का रैखिक हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

परिचय, फोटॉन गणना प्रकाररेखीय हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर

फोटॉन काउंटिंग तकनीक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के रीडआउट शोर को दूर करने के लिए फोटॉन सिग्नल को पूरी तरह से बढ़ा सकती है, और कमजोर प्रकाश विकिरण के तहत डिटेक्टर आउटपुट विद्युत सिग्नल की प्राकृतिक असतत विशेषताओं का उपयोग करके एक निश्चित समयावधि में डिटेक्टर द्वारा उत्सर्जित 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 कमजोर प्रकाश का पता लगाने के लिए, विभिन्न देशों में फोटॉन का पता लगाने की क्षमता वाले कई प्रकार के उपकरणों का अध्ययन किया गया है। एक सॉलिड स्टेट एवलांच फोटोडायोड (एपीडी फोटोडिटेक्टरAPD (फोटोकॉपी इमेजिंग) एक ऐसा उपकरण है जो आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करके प्रकाश संकेतों का पता लगाता है। वैक्यूम उपकरणों की तुलना में, सॉलिड-स्टेट उपकरणों में प्रतिक्रिया गति, डार्क काउंट, बिजली की खपत, आकार और चुंबकीय क्षेत्र संवेदनशीलता आदि के मामले में स्पष्ट लाभ हैं। वैज्ञानिकों ने सॉलिड-स्टेट फोटोकॉपी फोटॉन काउंटिंग इमेजिंग तकनीक पर आधारित शोध किया है।

एपीडी फोटोडिटेक्टर उपकरणएपीडी फोटॉन काउंटिंग इमेजिंग तकनीक में दो कार्य मोड होते हैं: गीगर मोड (जीएम) और लीनियर मोड (एलएम)। वर्तमान तकनीक में मुख्य रूप से गीगर मोड एपीडी डिवाइस का उपयोग किया जाता है। गीगर मोड एपीडी डिवाइस एकल फोटॉन स्तर की उच्च संवेदनशीलता और कुछ नैनोसेकंड की उच्च प्रतिक्रिया गति के साथ उच्च समय सटीकता प्राप्त करती है। हालांकि, गीगर मोड एपीडी में डिटेक्टर डेड टाइम, कम डिटेक्शन दक्षता, बड़ा ऑप्टिकल क्रॉसस्टॉक और कम स्थानिक रिज़ॉल्यूशन जैसी कुछ समस्याएं हैं, इसलिए उच्च डिटेक्शन दर और कम गलत अलार्म दर के बीच संतुलन बनाना मुश्किल है। लगभग शोर रहित उच्च-लाभ वाले एचजीसीडीटीई एपीडी डिवाइस पर आधारित फोटॉन काउंटर लीनियर मोड में काम करते हैं, इनमें डेड टाइम और क्रॉसस्टॉक की कोई सीमा नहीं होती, गीगर मोड से संबंधित कोई पोस्ट-पल्स नहीं होता, क्वेंच सर्किट की आवश्यकता नहीं होती, अल्ट्रा-हाई डायनेमिक रेंज होती है, व्यापक और ट्यूनेबल स्पेक्ट्रल प्रतिक्रिया रेंज होती है, और डिटेक्शन दक्षता और गलत गणना दर के लिए स्वतंत्र रूप से अनुकूलित किया जा सकता है। यह इन्फ्रारेड फोटॉन काउंटिंग इमेजिंग के एक नए अनुप्रयोग क्षेत्र को खोलता है, फोटॉन काउंटिंग उपकरणों की एक महत्वपूर्ण विकास दिशा है, और खगोलीय अवलोकन, मुक्त अंतरिक्ष संचार, सक्रिय और निष्क्रिय इमेजिंग, फ्रिंज ट्रैकिंग आदि में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं रखता है।

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)। ये 1.3~11 µm की कट-ऑफ तरंगदैर्ध्य के भीतर एकल वाहक गुणन तंत्र प्रदर्शित करते हैं। इनमें लगभग कोई अतिरिक्त शोर नहीं होता है (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 सिग्नल-टू-शोर अनुपात लाभ में वृद्धि के साथ लगभग कम नहीं होता है, जो एक आदर्श अवरक्त उपकरण है।हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर.

चित्र 1 (a) मर्करी कैडमियम टेलुराइड पदार्थ के प्रभाव आयनीकरण गुणांक अनुपात और Cd के घटक x के बीच संबंध; (b) विभिन्न पदार्थ प्रणालियों वाले APD उपकरणों के अतिरिक्त शोर कारक F की तुलना।

फोटॉन काउंटिंग तकनीक एक नई तकनीक है जो किसी विद्युत तरंग द्वारा उत्पन्न फोटोइलेक्ट्रॉन पल्स को विभेदित करके थर्मल शोर से ऑप्टिकल संकेतों को डिजिटल रूप से अलग कर सकती है।फोटोडिटेक्टरएकल फोटॉन प्राप्त होने के बाद, फोटॉन गणना तकनीक का उपयोग करके निम्न प्रकाश संकेतों का पता लगाया जाता है। चूंकि निम्न प्रकाश संकेत समय क्षेत्र में अधिक विक्षेपित होता है, इसलिए डिटेक्टर द्वारा उत्पन्न विद्युत संकेत भी स्वाभाविक और असतत होता है। इस विशेषता के कारण, अत्यंत कमजोर प्रकाश का पता लगाने के लिए पल्स प्रवर्धन, पल्स विभेदन और डिजिटल गणना तकनीकों का उपयोग किया जाता है। आधुनिक फोटॉन गणना तकनीक के कई लाभ हैं, जैसे उच्च सिग्नल-टू-शोर अनुपात, उच्च विभेदन क्षमता, उच्च मापन सटीकता, अच्छा बहाव-रोधी गुण, अच्छी समय स्थिरता, और यह डेटा को कंप्यूटर पर डिजिटल संकेत के रूप में आउटपुट कर सकती है, जिसका उपयोग बाद में विश्लेषण और प्रसंस्करण के लिए किया जा सकता है। अन्य पहचान विधियों की तुलना में यह तकनीक अद्वितीय है। वर्तमान में, फोटॉन गणना प्रणाली का उपयोग औद्योगिक मापन और निम्न प्रकाश पहचान के क्षेत्र में व्यापक रूप से किया जा रहा है, जैसे कि अरैखिक प्रकाशिकी, आणविक जीव विज्ञान, अति-उच्च रिज़ॉल्यूशन स्पेक्ट्रोस्कोपी, खगोलीय फोटोमेट्री, वायुमंडलीय प्रदूषण मापन आदि, जो कमजोर प्रकाश संकेतों के अधिग्रहण और पहचान से संबंधित हैं। मरकरी कैडमियम टेलुराइड एवलांच फोटोडिटेक्टर में लगभग कोई अतिरिक्त शोर नहीं होता है; जैसे-जैसे गेन बढ़ता है, सिग्नल-टू-नॉइज़ अनुपात कम नहीं होता है; और इसमें गाइगर एवलांच उपकरणों से संबंधित कोई डेड टाइम और पोस्ट-पल्स प्रतिबंध नहीं होता है, जो फोटॉन काउंटिंग में अनुप्रयोग के लिए बहुत उपयुक्त है, और भविष्य में फोटॉन काउंटिंग उपकरणों के विकास की एक महत्वपूर्ण दिशा है।