ບົດນຳ, ເຄື່ອງກວດຈັບແສງໄຟປະເພດ avalanche ເສັ້ນຊື່ແບບນັບໂຟຕອນ

ບົດນຳ, ປະເພດການນັບໂຟຕອນເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມເສັ້ນຊື່

ເຕັກໂນໂລຊີການນັບໂຟຕອນສາມາດຂະຫຍາຍສັນຍານໂຟຕອນໄດ້ຢ່າງເຕັມທີ່ເພື່ອເອົາຊະນະສຽງລົບກວນທີ່ອ່ານອອກມາຂອງອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກ, ແລະບັນທຶກຈຳນວນໂຟຕອນທີ່ເຄື່ອງກວດຈັບອອກມາໃນໄລຍະເວລາໃດໜຶ່ງໂດຍການໃຊ້ລັກສະນະທີ່ບໍ່ຕໍ່ເນື່ອງຕາມທຳມະຊາດຂອງສັນຍານໄຟຟ້າທີ່ເຄື່ອງກວດຈັບອອກມາພາຍໃຕ້ການສ່ອງແສງອ່ອນ, ແລະຄິດໄລ່ຂໍ້ມູນຂອງເປົ້າໝາຍທີ່ວັດແທກໄດ້ຕາມຄ່າຂອງເຄື່ອງວັດແທກໂຟຕອນ. ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ການກວດຈັບແສງອ່ອນຫຼາຍ, ເຄື່ອງມືຫຼາຍຊະນິດທີ່ມີຄວາມສາມາດໃນການກວດຈັບໂຟຕອນໄດ້ຖືກສຶກສາຢູ່ໃນຫຼາຍປະເທດ. ໂຟໂຕໄດໂອດຫິມະຖະຫຼົ່ມແບບແຂງ (ເຄື່ອງກວດຈັບແສງ APD) ເປັນອຸປະກອນທີ່ໃຊ້ຜົນກະທົບຂອງໂຟຕອນພາຍໃນເພື່ອກວດຈັບສັນຍານແສງ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບອຸປະກອນສູນຍາກາດ, ອຸປະກອນແບບແຂງມີຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ຊັດເຈນໃນຄວາມໄວຕອບສະໜອງ, ການນັບຄວາມມືດ, ການໃຊ້ພະລັງງານ, ປະລິມານ ແລະ ຄວາມອ່ອນໄຫວຕໍ່ສະໜາມແມ່ເຫຼັກ, ແລະອື່ນໆ. ນັກວິທະຍາສາດໄດ້ດຳເນີນການຄົ້ນຄວ້າໂດຍອີງໃສ່ເທັກໂນໂລຢີການຖ່າຍພາບການນັບໂຟຕອນ APD ແບບແຂງ.

ອຸປະກອນກວດຈັບແສງ APDມີໂໝດ Geiger (GM) ແລະໂໝດເສັ້ນຊື່ (LM) ສອງໂໝດການເຮັດວຽກ, ເຕັກໂນໂລຊີການສະແກນພາບການນັບໂຟຕອນ APD ໃນປະຈຸບັນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນໃຊ້ອຸປະກອນໂໝດ Geiger APD. ອຸປະກອນໂໝດ Geiger APD ມີຄວາມອ່ອນໄຫວສູງໃນລະດັບໂຟຕອນດຽວ ແລະ ຄວາມໄວຕອບສະໜອງສູງຫຼາຍສິບນາໂນວິນາທີ ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຄວາມແມ່ນຍຳຂອງເວລາສູງ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໂໝດ Geiger APD ມີບັນຫາບາງຢ່າງເຊັ່ນ: ເວລາຕາຍຂອງເຄື່ອງກວດຈັບ, ປະສິດທິພາບການກວດຈັບຕ່ຳ, ອັກສອນไขວ້ທາງແສງຂະໜາດໃຫຍ່ ແລະ ຄວາມລະອຽດທາງພື້ນທີ່ຕ່ຳ, ສະນັ້ນມັນຍາກທີ່ຈະເພີ່ມປະສິດທິພາບຄວາມຂັດແຍ້ງລະຫວ່າງອັດຕາການກວດຈັບສູງ ແລະ ອັດຕາການເຕືອນທີ່ບໍ່ຖືກຕ້ອງຕ່ຳ. ເຄື່ອງນັບໂຟຕອນໂດຍອີງໃສ່ອຸປະກອນ APD HgCdTe ທີ່ມີກຳລັງສູງ ແລະ ບໍ່ມີສຽງລົບກວນເກືອບບໍ່ມີ, ເຮັດວຽກໃນຮູບແບບເສັ້ນຊື່, ບໍ່ມີຂໍ້ຈຳກັດເວລາຕາຍ ແລະ ການສື່ສານຂ້າມ, ບໍ່ມີຫຼັງກຳມະຈອນທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບໂໝດ Geiger, ບໍ່ຕ້ອງການວົງຈອນດັບ, ມີຂອບເຂດໄດນາມິກສູງຫຼາຍ, ລະດັບການຕອບສະໜອງສະເປກຕຣຳທີ່ກວ້າງຂວາງ ແລະ ສາມາດປັບໄດ້, ແລະ ສາມາດເພີ່ມປະສິດທິພາບໄດ້ຢ່າງເປັນອິດສະຫຼະສຳລັບປະສິດທິພາບການກວດຈັບ ແລະ ອັດຕາການນັບທີ່ບໍ່ຖືກຕ້ອງ. ມັນເປີດຂົງເຂດການນຳໃຊ້ໃໝ່ຂອງການຖ່າຍພາບນັບໂຟຕອນອິນຟາເຣດ, ເປັນທິດທາງການພັດທະນາທີ່ສຳຄັນຂອງອຸປະກອນນັບໂຟຕອນ, ແລະ ມີທ່າແຮງການນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນການສັງເກດການດາລາສາດ, ການສື່ສານໃນອະວະກາດເສລີ, ການຖ່າຍພາບແບບເຄື່ອນໄຫວ ແລະ ແບບບໍ່ເຄື່ອນໄຫວ, ການຕິດຕາມຂອບ ແລະ ອື່ນໆ.

ຫຼັກການນັບໂຟຕອນໃນອຸປະກອນ HgCdTe APD

ອຸປະກອນກວດຈັບແສງ APD ໂດຍອີງໃສ່ວັດສະດຸ HgCdTe ສາມາດກວມເອົາຄວາມຍາວຄື້ນທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ແລະສຳປະສິດການໄອອອນຂອງເອເລັກຕຣອນ ແລະ ຮູແມ່ນແຕກຕ່າງກັນຫຼາຍ (ເບິ່ງຮູບທີ 1 (ກ)). ພວກມັນສະແດງກົນໄກການຄູນພາຫະນະດຽວພາຍໃນຄວາມຍາວຄື້ນຕັດ 1.3~11 µm. ເກືອບບໍ່ມີສຽງລົບກວນເກີນ (ເມື່ອທຽບກັບຕົວຄູນສຽງລົບກວນເກີນ FSi~2-3 ຂອງອຸປະກອນ Si APD ແລະ FIII-V~4-5 ຂອງອຸປະກອນຄອບຄົວ III-V (ເບິ່ງຮູບທີ 1 (ຂ)), ດັ່ງນັ້ນອັດຕາສ່ວນສັນຍານຕໍ່ສຽງລົບກວນຂອງອຸປະກອນເກືອບບໍ່ຫຼຸດລົງຕາມການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງ gain, ເຊິ່ງເປັນອິນຟາເຣດທີ່ເໝາະສົມ.ເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫິມະຖະຫຼົ່ມ.

ຮູບທີ 1 (ກ) ຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງອັດຕາສ່ວນສຳປະສິດການໄອອອນໄນເຊຊັນຂອງວັດສະດຸ cadmium telluride ຂອງບາຫຼອດ ແລະ ສ່ວນປະກອບ x ຂອງ Cd; (ຂ) ການປຽບທຽບປັດໄຈສຽງລົບກວນເກີນ F ຂອງອຸປະກອນ APD ກັບລະບົບວັດສະດຸທີ່ແຕກຕ່າງກັນ

ເທັກໂນໂລຢີການນັບໂຟຕອນແມ່ນເທັກໂນໂລຢີໃໝ່ທີ່ສາມາດສະກັດສັນຍານທາງແສງຈາກສິ່ງລົບກວນຄວາມຮ້ອນດ້ວຍຮູບແບບດິຈິຕອລໂດຍການແກ້ໄຂກຳມະຈອນໂຟໂຕເອເລັກຕຣອນທີ່ເກີດຈາກເຄື່ອງກວດຈັບແສງຫຼັງຈາກໄດ້ຮັບໂຟຕອນດຽວ. ເນື່ອງຈາກສັນຍານໃນສະພາບແສງໜ້ອຍຈະກະຈາຍຫຼາຍຂຶ້ນໃນໂດເມນເວລາ, ຜົນຜະລິດສັນຍານໄຟຟ້າໂດຍເຄື່ອງກວດຈັບຈຶ່ງເປັນທຳມະຊາດ ແລະ ແຍກອອກຈາກກັນ. ອີງຕາມລັກສະນະຂອງແສງອ່ອນນີ້, ການຂະຫຍາຍກຳມະຈອນ, ການຈຳແນກກຳມະຈອນ ແລະ ເຕັກນິກການນັບດິຈິຕອນມັກຖືກນຳໃຊ້ເພື່ອກວດຈັບແສງອ່ອນຫຼາຍ. ເຕັກໂນໂລຊີການນັບໂຟຕອນທີ່ທັນສະໄໝມີຂໍ້ດີຫຼາຍຢ່າງ, ເຊັ່ນ: ອັດຕາສ່ວນສັນຍານຕໍ່ສຽງລົບກວນສູງ, ການຈຳແນກສູງ, ຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງການວັດແທກສູງ, ຕ້ານການເລື່ອນທີ່ດີ, ສະຖຽນລະພາບເວລາທີ່ດີ, ແລະ ສາມາດສົ່ງຂໍ້ມູນໄປຍັງຄອມພິວເຕີໃນຮູບແບບຂອງສັນຍານດິຈິຕອນສຳລັບການວິເຄາະ ແລະ ການປະມວນຜົນຕໍ່ມາ, ເຊິ່ງບໍ່ສາມາດປຽບທຽບໄດ້ໂດຍວິທີການກວດຈັບອື່ນໆ. ໃນປະຈຸບັນ, ລະບົບການນັບໂຟຕອນໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຂົງເຂດການວັດແທກອຸດສາຫະກໍາ ແລະ ການກວດຈັບແສງໜ້ອຍ, ເຊັ່ນ: ທັດສະນະສາດທີ່ບໍ່ເປັນເສັ້ນ, ຊີວະວິທະຍາໂມເລກຸນ, ສະເປກໂຕຣສະໂກປີຄວາມລະອຽດສູງພິເສດ, ການວັດແສງທາງດາລາສາດ, ການວັດແທກມົນລະພິດໃນບັນຍາກາດ, ແລະອື່ນໆ, ເຊິ່ງກ່ຽວຂ້ອງກັບການໄດ້ມາ ແລະ ການກວດຈັບສັນຍານແສງອ່ອນ. ເຄື່ອງກວດຈັບແສງຂອງ mercury cadmium telluride avalanche ເກືອບບໍ່ມີສຽງລົບກວນຫຼາຍເກີນໄປ, ເມື່ອ gain ເພີ່ມຂຶ້ນ, ອັດຕາສ່ວນສັນຍານຕໍ່ສຽງລົບກວນຈະບໍ່ເສື່ອມສະພາບ, ແລະບໍ່ມີເວລາຕາຍ ແລະ ຂໍ້ຈຳກັດຫຼັງກຳມະຈອນທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບອຸປະກອນ Geiger avalanche, ເຊິ່ງເໝາະສົມຫຼາຍສຳລັບການນຳໃຊ້ໃນການນັບໂຟຕອນ, ແລະ ເປັນທິດທາງການພັດທະນາທີ່ສຳຄັນຂອງອຸປະກອນນັບໂຟຕອນໃນອະນາຄົດ.