પરિચય, ફોટોન ગણતરી પ્રકાર રેખીય હિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટર

પરિચય, ફોટોન ગણતરી પ્રકારરેખીય હિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટર

ફોટોન ગણતરી ટેકનોલોજી ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના રીડઆઉટ અવાજને દૂર કરવા માટે ફોટોન સિગ્નલને સંપૂર્ણપણે વિસ્તૃત કરી શકે છે, અને નબળા પ્રકાશ ઇરેડિયેશન હેઠળ ડિટેક્ટર આઉટપુટ ઇલેક્ટ્રિકલ સિગ્નલની કુદરતી અલગ લાક્ષણિકતાઓનો ઉપયોગ કરીને ચોક્કસ સમયગાળામાં ડિટેક્ટર દ્વારા ફોટોન આઉટપુટની સંખ્યા રેકોર્ડ કરી શકે છે, અને ફોટોન મીટરના મૂલ્ય અનુસાર માપેલા લક્ષ્યની માહિતીની ગણતરી કરી શકે છે. અત્યંત નબળા પ્રકાશ શોધને સાકાર કરવા માટે, વિવિધ દેશોમાં ફોટોન શોધ ક્ષમતા ધરાવતા ઘણા વિવિધ પ્રકારના સાધનોનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. એક ઘન સ્થિતિ હિમપ્રપાત ફોટોડાયોડ (APD ફોટોડિટેક્ટર) એ એક ઉપકરણ છે જે પ્રકાશ સંકેતો શોધવા માટે આંતરિક ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરનો ઉપયોગ કરે છે. વેક્યુમ ઉપકરણોની તુલનામાં, સોલિડ-સ્ટેટ ઉપકરણો પ્રતિભાવ ગતિ, શ્યામ ગણતરી, પાવર વપરાશ, વોલ્યુમ અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર સંવેદનશીલતા વગેરેમાં સ્પષ્ટ ફાયદા ધરાવે છે. વૈજ્ઞાનિકોએ સોલિડ-સ્ટેટ APD ફોટોન ગણતરી ઇમેજિંગ ટેકનોલોજીના આધારે સંશોધન હાથ ધર્યું છે.

APD ફોટોડિટેક્ટર ઉપકરણગીગર મોડ (GM) અને લિનિયર મોડ (LM) બે કાર્યકારી મોડ્સ ધરાવે છે, વર્તમાન APD ફોટોન કાઉન્ટિંગ ઇમેજિંગ ટેકનોલોજી મુખ્યત્વે ગીગર મોડ APD ડિવાઇસનો ઉપયોગ કરે છે. ગીગર મોડ APD ડિવાઇસમાં સિંગલ ફોટોનના સ્તરે ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા અને ઉચ્ચ સમય ચોકસાઈ મેળવવા માટે દસ નેનોસેકન્ડની ઉચ્ચ પ્રતિભાવ ગતિ હોય છે. જો કે, ગીગર મોડ APD માં ડિટેક્ટર ડેડ ટાઇમ, ઓછી શોધ કાર્યક્ષમતા, મોટા ઓપ્ટિકલ ક્રોસવર્ડ અને ઓછા અવકાશી રીઝોલ્યુશન જેવી કેટલીક સમસ્યાઓ છે, તેથી ઉચ્ચ શોધ દર અને ઓછા ખોટા એલાર્મ દર વચ્ચેના વિરોધાભાસને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવું મુશ્કેલ છે. નજીકના અવાજ વિનાના હાઇ-ગેઇન HgCdTe APD ડિવાઇસ પર આધારિત ફોટોન કાઉન્ટર્સ રેખીય મોડમાં કાર્ય કરે છે, તેમાં કોઈ ડેડ ટાઇમ અને ક્રોસટોક પ્રતિબંધો નથી, ગીગર મોડ સાથે સંકળાયેલ કોઈ પોસ્ટ-પલ્સ નથી, ક્વેન્ચ સર્કિટની જરૂર નથી, અલ્ટ્રા-હાઇ ડાયનેમિક રેન્જ, પહોળી અને ટ્યુનેબલ સ્પેક્ટ્રલ રિસ્પોન્સ રેન્જ છે, અને સ્વતંત્ર રીતે શોધ કાર્યક્ષમતા અને ખોટા ગણતરી દર માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકાય છે. તે ઇન્ફ્રારેડ ફોટોન કાઉન્ટિંગ ઇમેજિંગનું એક નવું એપ્લિકેશન ક્ષેત્ર ખોલે છે, ફોટોન કાઉન્ટિંગ ઉપકરણોની એક મહત્વપૂર્ણ વિકાસ દિશા છે, અને ખગોળશાસ્ત્રીય અવલોકન, મુક્ત અવકાશ સંચાર, સક્રિય અને નિષ્ક્રિય ઇમેજિંગ, ફ્રિન્જ ટ્રેકિંગ વગેરેમાં વ્યાપક એપ્લિકેશન સંભાવનાઓ ધરાવે છે.

HgCdTe APD ઉપકરણોમાં ફોટોન ગણતરીનો સિદ્ધાંત

HgCdTe સામગ્રી પર આધારિત APD ફોટોડિટેક્ટર ઉપકરણો તરંગલંબાઇની વિશાળ શ્રેણીને આવરી શકે છે, અને ઇલેક્ટ્રોન અને છિદ્રોના આયનીકરણ ગુણાંક ખૂબ જ અલગ છે (આકૃતિ 1 (a) જુઓ). તેઓ 1.3~11 µm ની કટ-ઓફ તરંગલંબાઇમાં એકલ વાહક ગુણાકાર પદ્ધતિ દર્શાવે છે. લગભગ કોઈ વધારાનો અવાજ નથી (Si APD ઉપકરણોના વધારાના અવાજ પરિબળ FSi~2-3 અને III-V પરિવારના ઉપકરણોના FIII-V~4-5 ની તુલનામાં) (આકૃતિ 1 (b) જુઓ), જેથી ઉપકરણોનો સિગ્નલ-થી-અવાજ ગુણોત્તર ગેઇનના વધારા સાથે લગભગ ઘટતો નથી, જે એક આદર્શ ઇન્ફ્રારેડ છે.હિમપ્રપાત ફોટોડિટેક્ટર.

આકૃતિ 1 (a) પારાના કેડમિયમ ટેલ્યુરાઇડ સામગ્રીના અસર આયનીકરણ ગુણાંક ગુણોત્તર અને Cd ના ઘટક x વચ્ચેનો સંબંધ; (b) વિવિધ સામગ્રી સિસ્ટમો સાથે APD ઉપકરણોના વધારાના અવાજ પરિબળ F ની તુલના

ફોટોન ગણતરી ટેકનોલોજી એ એક નવી ટેકનોલોજી છે જે ડિજિટલ રીતે થર્મલ અવાજમાંથી ઓપ્ટિકલ સિગ્નલો કાઢી શકે છે જે ફોટોઈલેક્ટ્રોન પલ્સ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે તેનું નિરાકરણ કરે છે.ફોટોડિટેક્ટરએક જ ફોટોન પ્રાપ્ત કર્યા પછી. ઓછા પ્રકાશવાળા સિગ્નલ સમય ક્ષેત્રમાં વધુ વિખરાયેલા હોવાથી, ડિટેક્ટર દ્વારા વિદ્યુત સિગ્નલ આઉટપુટ પણ કુદરતી અને અલગ હોય છે. નબળા પ્રકાશની આ લાક્ષણિકતા અનુસાર, પલ્સ એમ્પ્લીફિકેશન, પલ્સ ભેદભાવ અને ડિજિટલ ગણતરી તકનીકોનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે અત્યંત નબળા પ્રકાશને શોધવા માટે થાય છે. આધુનિક ફોટોન ગણતરી તકનીકમાં ઘણા ફાયદા છે, જેમ કે ઉચ્ચ સિગ્નલ-ટુ-નોઇઝ રેશિયો, ઉચ્ચ ભેદભાવ, ઉચ્ચ માપન ચોકસાઈ, સારી એન્ટિ-ડ્રિફ્ટ, સારી સમય સ્થિરતા, અને અનુગામી વિશ્લેષણ અને પ્રક્રિયા માટે ડિજિટલ સિગ્નલના સ્વરૂપમાં કમ્પ્યુટર પર ડેટા આઉટપુટ કરી શકે છે, જે અન્ય શોધ પદ્ધતિઓ દ્વારા અજોડ છે. હાલમાં, ફોટોન ગણતરી પ્રણાલીનો વ્યાપકપણે ઔદ્યોગિક માપન અને ઓછા પ્રકાશ શોધના ક્ષેત્રમાં ઉપયોગ થાય છે, જેમ કે નોનલાઇનર ઓપ્ટિક્સ, મોલેક્યુલર બાયોલોજી, અલ્ટ્રા-હાઇ રિઝોલ્યુશન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી, એસ્ટ્રોનોમિક ફોટોમેટ્રી, વાતાવરણીય પ્રદૂષણ માપન, વગેરે, જે નબળા પ્રકાશ સંકેતોના સંપાદન અને શોધ સાથે સંબંધિત છે. મર્ક્યુરી કેડમિયમ ટેલ્યુરાઇડ હિમસ્ખલન ફોટોડિટેક્ટરમાં લગભગ કોઈ વધારાનો અવાજ હોતો નથી, જેમ જેમ ગેઇન વધે છે તેમ તેમ સિગ્નલ-ટુ-નોઈઝ રેશિયો ક્ષીણ થતો નથી, અને ગીગર હિમસ્ખલન ઉપકરણો સંબંધિત કોઈ ડેડ ટાઇમ અને પોસ્ટ-પલ્સ પ્રતિબંધ નથી, જે ફોટોન ગણતરીમાં એપ્લિકેશન માટે ખૂબ જ યોગ્ય છે, અને ભવિષ્યમાં ફોટોન ગણતરી ઉપકરણોની એક મહત્વપૂર્ણ વિકાસ દિશા છે.