ആമുഖം, ഫോട്ടോൺ കൗണ്ടിംഗ് തരം ലീനിയർ അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ

ആമുഖം, ഫോട്ടോൺ എണ്ണൽ തരംലീനിയർ അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ

ഫോട്ടോൺ എണ്ണൽ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ റീഡൗട്ട് ശബ്ദത്തെ മറികടക്കാൻ ഫോട്ടോൺ സിഗ്നലിനെ പൂർണ്ണമായും വർദ്ധിപ്പിക്കാനും, ദുർബലമായ പ്രകാശ വികിരണത്തിൽ ഡിറ്റക്ടർ ഔട്ട്പുട്ട് ഇലക്ട്രിക്കൽ സിഗ്നലിന്റെ സ്വാഭാവിക വ്യതിരിക്ത സവിശേഷതകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഒരു നിശ്ചിത കാലയളവിൽ ഡിറ്റക്ടർ നടത്തുന്ന ഫോട്ടോണുകളുടെ എണ്ണം രേഖപ്പെടുത്താനും, ഫോട്ടോൺ മീറ്ററിന്റെ മൂല്യം അനുസരിച്ച് അളന്ന ലക്ഷ്യത്തിന്റെ വിവരങ്ങൾ കണക്കാക്കാനും കഴിയും. വളരെ ദുർബലമായ പ്രകാശ കണ്ടെത്തൽ സാക്ഷാത്കരിക്കുന്നതിന്, വിവിധ രാജ്യങ്ങളിൽ ഫോട്ടോൺ കണ്ടെത്തൽ ശേഷിയുള്ള നിരവധി വ്യത്യസ്ത തരം ഉപകരണങ്ങൾ പഠിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഒരു സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡയോഡ് (APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ) എന്നത് പ്രകാശ സിഗ്നലുകൾ കണ്ടെത്തുന്നതിന് ആന്തരിക ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് പ്രഭാവം ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു ഉപകരണമാണ്. വാക്വം ഉപകരണങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ഉപകരണങ്ങൾക്ക് പ്രതികരണ വേഗത, ഇരുണ്ട എണ്ണം, വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം, വോളിയം, കാന്തികക്ഷേത്ര സംവേദനക്ഷമത മുതലായവയിൽ വ്യക്തമായ ഗുണങ്ങളുണ്ട്. സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് APD ഫോട്ടോൺ കൗണ്ടിംഗ് ഇമേജിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഗവേഷണം നടത്തിയിട്ടുണ്ട്.

APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ ഉപകരണംഗീഗർ മോഡ് (GM), ലീനിയർ മോഡ് (LM) എന്നീ രണ്ട് പ്രവർത്തന മോഡുകൾ ഉള്ളതിനാൽ, നിലവിലുള്ള APD ഫോട്ടോൺ കൗണ്ടിംഗ് ഇമേജിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ പ്രധാനമായും ഗീഗർ മോഡ് APD ഉപകരണം ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഗീഗർ മോഡ് APD ഉപകരണങ്ങൾക്ക് സിംഗിൾ ഫോട്ടോണിന്റെ തലത്തിൽ ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമതയും ഉയർന്ന സമയ കൃത്യത ലഭിക്കുന്നതിന് പതിനായിരക്കണക്കിന് നാനോസെക്കൻഡുകളുടെ ഉയർന്ന പ്രതികരണ വേഗതയുമുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, ഡിറ്റക്ടർ ഡെഡ് ടൈം, കുറഞ്ഞ ഡിറ്റക്ഷൻ കാര്യക്ഷമത, വലിയ ഒപ്റ്റിക്കൽ ക്രോസ്‌വേഡ്, കുറഞ്ഞ സ്പേഷ്യൽ റെസല്യൂഷൻ തുടങ്ങിയ ചില പ്രശ്‌നങ്ങൾ ഗീഗർ മോഡ് APD-യിലുണ്ട്, അതിനാൽ ഉയർന്ന ഡിറ്റക്ഷൻ നിരക്കും കുറഞ്ഞ തെറ്റായ അലാറം നിരക്കും തമ്മിലുള്ള വൈരുദ്ധ്യം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാണ്. ശബ്‌ദരഹിതമായ ഉയർന്ന നേട്ടമുള്ള HgCdTe APD ഉപകരണങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഫോട്ടോൺ കൗണ്ടറുകൾ ലീനിയർ മോഡിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ഡെഡ് ടൈമും ക്രോസ്‌സ്റ്റോക്ക് നിയന്ത്രണങ്ങളും ഇല്ല, ഗീഗർ മോഡുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പോസ്റ്റ്-പൾസ് ഇല്ല, ക്വഞ്ച് സർക്യൂട്ടുകൾ ആവശ്യമില്ല, അൾട്രാ-ഹൈ ഡൈനാമിക് റേഞ്ച്, വൈഡ് ആൻഡ് ട്യൂണബിൾ സ്പെക്ട്രൽ റെസല്യൂഷൻ റേഞ്ച് എന്നിവയുണ്ട്, കൂടാതെ കണ്ടെത്തൽ കാര്യക്ഷമതയ്ക്കും തെറ്റായ കൗണ്ട് റേറ്റിനും സ്വതന്ത്രമായി ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാൻ കഴിയും. ഇൻഫ്രാറെഡ് ഫോട്ടോൺ കൗണ്ടിംഗ് ഇമേജിംഗിന്റെ ഒരു പുതിയ ആപ്ലിക്കേഷൻ ഫീൽഡ് ഇത് തുറക്കുന്നു, ഫോട്ടോൺ കൗണ്ടിംഗ് ഉപകരണങ്ങളുടെ ഒരു പ്രധാന വികസന ദിശയാണ്, കൂടാതെ ജ്യോതിശാസ്ത്ര നിരീക്ഷണം, സ്വതന്ത്ര ബഹിരാകാശ ആശയവിനിമയം, സജീവവും നിഷ്ക്രിയവുമായ ഇമേജിംഗ്, ഫ്രിഞ്ച് ട്രാക്കിംഗ് തുടങ്ങിയവയിൽ വിശാലമായ ആപ്ലിക്കേഷൻ സാധ്യതകളുണ്ട്.

HgCdTe APD ഉപകരണങ്ങളിൽ ഫോട്ടോൺ എണ്ണലിന്റെ തത്വം

HgCdTe മെറ്റീരിയലുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് വിശാലമായ തരംഗദൈർഘ്യങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളാൻ കഴിയും, കൂടാതെ ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും ദ്വാരങ്ങളുടെയും അയോണൈസേഷൻ ഗുണകങ്ങൾ വളരെ വ്യത്യസ്തമാണ് (ചിത്രം 1 (എ) കാണുക). 1.3~11 µm എന്ന കട്ട്-ഓഫ് തരംഗദൈർഘ്യത്തിനുള്ളിൽ അവ ഒരൊറ്റ കാരിയർ ഗുണന സംവിധാനം പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. അധിക ശബ്ദമൊന്നുമില്ല (Si APD ഉപകരണങ്ങളുടെ അധിക ശബ്ദ ഘടകം FSi~2-3 ഉം III-V കുടുംബ ഉപകരണങ്ങളുടെ FIII-V~4-5 ഉം (ചിത്രം 1 (ബി) കാണുക) എന്നിവയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ), അതിനാൽ ഉപകരണങ്ങളുടെ സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതം ഗെയിൻ വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് കുറയുന്നില്ല, ഇത് ഒരു അനുയോജ്യമായ ഇൻഫ്രാറെഡ് ആണ്.ഹിമപാത ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ.

ചിത്രം 1 (എ) മെർക്കുറി കാഡ്മിയം ടെല്ലുറൈഡ് മെറ്റീരിയലിന്റെ ഇംപാക്ട് അയോണൈസേഷൻ കോഫിഫിഷ്യന്റ് അനുപാതവും സിഡിയുടെ ഘടകം x ഉം തമ്മിലുള്ള ബന്ധം; (ബി) വ്യത്യസ്ത മെറ്റീരിയൽ സിസ്റ്റങ്ങളുമായി APD ഉപകരണങ്ങളുടെ അധിക ശബ്ദ ഘടകം F ന്റെ താരതമ്യം

ഫോട്ടോൺ കൗണ്ടിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ എന്നത് ഒരു പുതിയ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്, ഇത് ഒരു താപ ശബ്ദത്തിൽ നിന്ന് ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നലുകൾ ഡിജിറ്റലായി വേർതിരിച്ചെടുക്കാൻ കഴിയും, ഇത് ഒരുഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർഒരൊറ്റ ഫോട്ടോൺ സ്വീകരിച്ചതിനുശേഷം. കുറഞ്ഞ പ്രകാശ സിഗ്നൽ സമയ മേഖലയിൽ കൂടുതൽ ചിതറിക്കിടക്കുന്നതിനാൽ, ഡിറ്റക്ടറിന്റെ വൈദ്യുത സിഗ്നൽ ഔട്ട്പുട്ടും സ്വാഭാവികവും വ്യതിരിക്തവുമാണ്. ദുർബലമായ പ്രകാശത്തിന്റെ ഈ സ്വഭാവം അനുസരിച്ച്, വളരെ ദുർബലമായ പ്രകാശം കണ്ടെത്താൻ പൾസ് ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ, പൾസ് വിവേചനം, ഡിജിറ്റൽ കൗണ്ടിംഗ് ടെക്നിക്കുകൾ എന്നിവ സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഉയർന്ന സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതം, ഉയർന്ന വിവേചനം, ഉയർന്ന അളവെടുപ്പ് കൃത്യത, നല്ല ആന്റി-ഡ്രിഫ്റ്റ്, നല്ല സമയ സ്ഥിരത എന്നിങ്ങനെ നിരവധി ഗുണങ്ങളുണ്ട് ആധുനിക ഫോട്ടോൺ കൗണ്ടിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക്, തുടർന്നുള്ള വിശകലനത്തിനും പ്രോസസ്സിംഗിനുമായി ഡിജിറ്റൽ സിഗ്നലിന്റെ രൂപത്തിൽ കമ്പ്യൂട്ടറിലേക്ക് ഡാറ്റ ഔട്ട്‌പുട്ട് ചെയ്യാൻ കഴിയും, ഇത് മറ്റ് കണ്ടെത്തൽ രീതികളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്താനാവില്ല. നിലവിൽ, നോൺ-ലീനിയർ ഒപ്റ്റിക്സ്, മോളിക്യുലാർ ബയോളജി, അൾട്രാ-ഹൈ റെസല്യൂഷൻ സ്പെക്ട്രോസ്കോപ്പി, ആസ്ട്രോണമിക്കൽ ഫോട്ടോമെട്രി, അന്തരീക്ഷ മലിനീകരണ അളവ് തുടങ്ങിയ വ്യാവസായിക അളവെടുപ്പ്, കുറഞ്ഞ വെളിച്ച കണ്ടെത്തൽ മേഖലകളിൽ ഫോട്ടോൺ കൗണ്ടിംഗ് സിസ്റ്റം വ്യാപകമായി ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു, ഇവ ദുർബലമായ പ്രകാശ സിഗ്നലുകളുടെ ഏറ്റെടുക്കലും കണ്ടെത്തലും എന്നിവയുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. മെർക്കുറി കാഡ്മിയം ടെല്ലുറൈഡ് അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന് അധിക ശബ്ദമില്ല, ഗെയിൻ വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, സിഗ്നൽ-ടു-നോയ്‌സ് അനുപാതം ക്ഷയിക്കുന്നില്ല, കൂടാതെ ഗീഗർ അവലാഞ്ച് ഉപകരണങ്ങളുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് ഡെഡ് ടൈമും പോസ്റ്റ്-പൾസ് നിയന്ത്രണവും ഇല്ല, ഇത് ഫോട്ടോൺ എണ്ണലിൽ പ്രയോഗിക്കുന്നതിന് വളരെ അനുയോജ്യമാണ്, കൂടാതെ ഭാവിയിൽ ഫോട്ടോൺ എണ്ണൽ ഉപകരണങ്ങളുടെ ഒരു പ്രധാന വികസന ദിശയുമാണ്.