Sarrera, fotoien zenbaketa motaelur-jausi linealaren fotodetektagailua
Fotoien zenbaketa teknologiak fotoi seinalea guztiz anplifikatu dezake gailu elektronikoen irakurketa zarata gainditzeko, eta detektagailuak denbora-tarte jakin batean igortzen dituen fotoi kopurua erregistratu dezake detektagailuaren irteerako seinale elektrikoaren ezaugarri diskretu naturalak erabiliz argi-irradiazio ahularen pean, eta neurtutako helburuaren informazioa kalkulatu fotoi neurgailuaren balioaren arabera. Argi oso ahularen detekzioa lortzeko, fotoiak detektatzeko gaitasuna duten tresna mota asko aztertu dira hainbat herrialdetan. Egoera solidoko elur-jausi fotodiodo bat (APD fotodetektagailua) barne efektu fotoelektrikoa erabiltzen duen gailu bat da, argi-seinaleak detektatzeko. Hutseko gailuekin alderatuta, egoera solidoko gailuek abantaila nabarmenak dituzte erantzun-abiaduran, iluntasun-zenbaketa, energia-kontsumoan, bolumenean eta eremu magnetikoaren sentikortasunean, etab. Zientzialariek ikerketa egin dute egoera solidoko APD fotoien zenbaketa-irudien teknologian oinarrituta.
APD fotodetektagailu gailuaGeiger modua (GM) eta modu lineala (LM) bi lan modu ditu, egungo APD fotoien zenbaketa irudi teknologiak batez ere Geiger moduko APD gailua erabiltzen du. Geiger moduko APD gailuek sentikortasun handia dute fotoi bakarreko mailan eta hamarnaka nanosegundoko erantzun abiadura handia denbora zehaztasun handia lortzeko. Hala ere, Geiger moduko APD-k arazo batzuk ditu, hala nola detektagailuaren denbora hila, detekzio eraginkortasun baxua, gurutzegrama optiko handia eta bereizmen espazial baxua, beraz, zaila da detekzio tasa altua eta alarma faltsu tasa baxuaren arteko kontraesana optimizatzea. Ia zaratarik gabeko HgCdTe APD gailuetan oinarritutako fotoi kontagailuek modu linealean funtzionatzen dute, ez dute denbora hila eta diafonia mugarik, ez dute Geiger moduarekin lotutako pultsu ostekorik, ez dute itzaltze zirkuiturik behar, gama dinamiko ultra-altua dute, erantzun espektral zabala eta sintonizagarria dute, eta modu independentean optimiza daitezke detekzio eraginkortasunerako eta zenbaketa faltsu tasarako. Infragorri fotoien zenbaketa-irudien aplikazio-eremu berri bat irekitzen du, fotoien zenbaketa-gailuen garapen-norabide garrantzitsua da, eta aplikazio-aukera zabalak ditu behaketa astronomikoan, espazio libreko komunikazioan, irudi aktibo eta pasiboan, ertzen jarraipenan eta abarretan.
HgCdTe APD gailuetan fotoien zenbaketaren printzipioa
HgCdTe materialetan oinarritutako APD fotodetektagailu gailuek uhin-luzera sorta zabala estal dezakete, eta elektroien eta zuloen ionizazio-koefizienteak oso desberdinak dira (ikus 1 (a) irudia). Eramaile bakarreko biderketa-mekanismo bat erakusten dute 1,3~11 µm-ko mozketa-uhin-luzeran. Ia ez dago zarata gehiegirik (Si APD gailuen FSi~2-3 zarata-faktore gehiegiarekin eta III-V familiako gailuen FIII-V~4-5 zarata-faktorearekin alderatuta (ikus 1 (b) irudia), beraz, gailuen seinale-zarata erlazioa ia ez da jaisten irabazia handitzen den heinean, eta hori infragorri ideal bat da.elur-jausien fotodetektagailua.
1. IRUDIA (a) Merkurio kadmio telururo materialaren inpaktu-ionizazio koefizientearen eta Cd-ren x osagaiaren arteko erlazioa; (b) APD gailuen F zarata-faktorearen gehiegizko konparaketa material-sistema desberdinekin
Fotoien zenbaketa teknologia teknologia berri bat da, zarata termikotik seinale optikoak digitalki ateratzeko gai dena, fotoi-zenbaketa batek sortutako fotoelektroi-pultsuak ebatziz.fotodetektagailufotoi bakarra jaso ondoren. Argi gutxiko seinalea denbora-domeinuan sakabanatuago dagoenez, detektagailuak igortzen duen seinale elektrikoa ere naturala eta diskretua da. Argi ahularen ezaugarri honen arabera, pultsu-anplifikazioa, pultsu-diskriminazioa eta zenbaketa digitalaren teknikak erabiltzen dira normalean argi oso ahula detektatzeko. Fotoien zenbaketa-teknologia modernoak abantaila asko ditu, hala nola, seinale-zarata erlazio handia, diskriminazio handia, neurketa-zehaztasun handia, anti-drift ona, denbora-egonkortasun ona, eta datuak ordenagailura seinale digital moduan bidal ditzake ondorengo analisi eta prozesatzeko, eta hori ez da beste detekzio-metodo batzuek parekatzen. Gaur egun, fotoien zenbaketa-sistema asko erabili da neurketa industrialeko eta argi gutxiko detekzioko arloan, hala nola optika ez-linealean, biologia molekularrean, bereizmen ultra-handiko espektroskopian, fotometria astronomikoan, kutsadura atmosferikoaren neurketan, etab., eta horiek argi-seinale ahulen eskurapenarekin eta detekzioarekin lotuta daude. Merkurio kadmio telururozko elur-jausi fotodetektagailuak ia ez du zarata gehiegirik, irabazia handitzen den heinean, seinale-zarata erlazioa ez da gutxitzen, eta ez dago denbora hilik eta pultsu osteko murrizketarik Geiger elur-jausi gailuekin lotuta, eta hori oso egokia da fotoien zenbaketan aplikatzeko, eta etorkizunean fotoien zenbaketa gailuen garapen norabide garrantzitsua da.
Argitaratze data: 2025eko urtarrilaren 14a