မိတ်ဆက်၊ ဖိုတွန်ရေတွက်ခြင်းအမျိုးအစားlinear avalanche photodetector
ဖိုတွန်ရေတွက်နည်းပညာသည် အီလက်ထရွန်းနစ်ကိရိယာများ၏ ဖတ်ရှုမှုဆူညံသံကို ကျော်လွှားရန် ဖိုတွန်အချက်ပြမှုကို အပြည့်အဝ ချဲ့ထွင်နိုင်ပြီး၊ အားနည်းသောအလင်းရောင်အောက်တွင် ထောက်လှမ်းကိရိယာ၏ ထွက်ရှိမှုလျှပ်စစ်အချက်ပြမှု၏ သဘာဝသီးခြားဝိသေသလက္ခဏာများကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့် အချိန်အတိုင်းအတာတစ်ခုအတွင်း ထောက်လှမ်းကိရိယာမှ ထွက်ရှိမှုဖိုတွန်အရေအတွက်ကို မှတ်တမ်းတင်နိုင်ပြီး ဖိုတွန်မီတာ၏တန်ဖိုးအရ တိုင်းတာထားသောပစ်မှတ်၏ အချက်အလက်များကို တွက်ချက်သည်။ အလွန်အားနည်းသောအလင်းရောင်ထောက်လှမ်းမှုကို ရရှိစေရန်အတွက် ဖိုတွန်ထောက်လှမ်းနိုင်စွမ်းရှိသော တူရိယာအမျိုးမျိုးကို နိုင်ငံအမျိုးမျိုးတွင် လေ့လာခဲ့ကြသည်။ အစိုင်အခဲအခြေအနေ နှင်းလျှောစီးဖိုတိုဒိုင်အိုဒ် (APD အလင်းရှာဖွေကိရိယာ) သည် အလင်းအချက်ပြမှုများကို ထောက်လှမ်းရန် အတွင်းပိုင်း photoelectric effect ကို အသုံးပြုသည့် ကိရိယာတစ်ခုဖြစ်သည်။ vacuum devices များနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက solid-state devices များသည် တုံ့ပြန်မှုအမြန်နှုန်း၊ မှောင်မိုက်ရေတွက်မှု၊ ပါဝါသုံးစွဲမှု၊ ထုထည်နှင့် သံလိုက်စက်ကွင်း အာရုံခံနိုင်စွမ်း စသည်တို့တွင် သိသာထင်ရှားသော အားသာချက်များရှိသည်။ သိပ္ပံပညာရှင်များသည် solid-state APD photon counting imaging နည်းပညာကို အခြေခံ၍ သုတေသနပြုလုပ်ခဲ့ကြသည်။
APD အလင်းရှာဖွေကိရိယာGeiger mode (GM) နှင့် linear mode (LM) နှစ်မျိုးအလုပ်လုပ်သည့် mode များရှိပြီး လက်ရှိ APD photon counting imaging နည်းပညာသည် Geiger mode APD device ကို အဓိကအသုံးပြုသည်။ Geiger mode APD device များသည် single photon အဆင့်တွင် sensitivity မြင့်မားပြီး အချိန်တိကျမှုမြင့်မားစေရန်အတွက် nanosecond ဆယ်ဂဏန်း၏ မြင့်မားသော response speed ရှိသည်။ သို့သော် Geiger mode APD တွင် detector dead time၊ detection efficiency နိမ့်ခြင်း၊ optical crossword ကြီးမားခြင်းနှင့် spatial resolution နိမ့်ခြင်းကဲ့သို့သော ပြဿနာအချို့ရှိသောကြောင့် detection rate မြင့်မားခြင်းနှင့် false alarm rate နိမ့်ခြင်းကြား ဆန့်ကျင်ဘက်ကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ရန် ခက်ခဲသည်။ near-noiseless high-gain HgCdTe APD device များကို အခြေခံထားသော Photon counters များသည် linear mode တွင် လည်ပတ်ပြီး dead time နှင့် crosstalk ကန့်သတ်ချက်များ မရှိပါ၊ Geiger mode နှင့် ဆက်စပ်နေသော post-pulse မရှိပါ၊ quench circuits များ မလိုအပ်ပါ၊ ultra-high dynamic range၊ wide နှင့် tunable spectral response range ရှိပြီး detection efficiency နှင့် false count rate အတွက် သီးခြားစီ အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် ပြုလုပ်နိုင်သည်။ ၎င်းသည် အနီအောက်ရောင်ခြည် ဖိုတွန်ရေတွက်ပုံရိပ်ဖော်ခြင်း၏ အသုံးချမှုနယ်ပယ်အသစ်ကို ဖွင့်လှစ်ပေးပြီး ဖိုတွန်ရေတွက်ကိရိယာများ၏ အရေးကြီးသော ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှု ဦးတည်ချက်တစ်ခုဖြစ်ပြီး နက္ခတ္တဗေဒလေ့လာရေး၊ အာကာသအတွင်း ဆက်သွယ်ရေး၊ တက်ကြွသောနှင့် တက်ကြွသောပုံရိပ်ဖော်ခြင်း၊ အနားသတ်ခြေရာခံခြင်းစသည့်တို့တွင် ကျယ်ပြန့်သောအသုံးချမှုအလားအလာများရှိသည်။
HgCdTe APD ကိရိယာများတွင် ဖိုတွန်ရေတွက်ခြင်း၏ အခြေခံမူ
HgCdTe ပစ္စည်းများကို အခြေခံထားသော APD photodetector ကိရိယာများသည် လှိုင်းအလျားအမျိုးမျိုးကို လွှမ်းခြုံနိုင်ပြီး အီလက်ထရွန်နှင့် အပေါက်များ၏ ionization coefficient များသည် အလွန်ကွာခြားပါသည် (ပုံ ၁ (က) ကိုကြည့်ပါ)။ ၎င်းတို့သည် 1.3~11 µm ၏ cut-off wavelength အတွင်း single carrier multiplication mechanism ကို ပြသထားသည်။ (Si APD ကိရိယာများ၏ ဆူညံသံ factor FSi~2-3 နှင့် III-V မိသားစုကိရိယာများ၏ FIII-V~4-5 နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက (ပုံ ၁ (ခ) ကိုကြည့်ပါ) ဆူညံသံ အလွန်အကျွံ မရှိသလောက်ဖြစ်သောကြောင့် ကိရိယာများ၏ signal-to-noise ratio သည် gain တိုးလာသည်နှင့်အမျှ ကျဆင်းသွားခြင်းမရှိသလောက်ဖြစ်ပြီး ၎င်းသည် စံပြ အနီအောက်ရောင်ခြည်တစ်ခုဖြစ်သည်။နှင်းထုပြိုကျမှု ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ.
ပုံ ၁ (က) မာကျူရီ ကက်ဒမီယမ် တယ်လူရိုက် ပစ္စည်းနှင့် Cd ၏ အစိတ်အပိုင်း x ၏ သက်ရောက်မှု အိုင်းယွန်းဓာတ်ပြုမှု ကိန်းအချိုးအကြား ဆက်နွယ်မှု၊ (ခ) မတူညီသော ပစ္စည်းစနစ်များနှင့် APD စက်ပစ္စည်းများ၏ အလွန်အကျွံ ဆူညံသံအချက် F ကို နှိုင်းယှဉ်ခြင်း
ဖိုတွန်ရေတွက်နည်းပညာသည် အပူဆူညံသံမှ ထွက်လာသော ဖိုတိုအီလက်ထရွန် pulses များကို ဖြေရှင်းခြင်းဖြင့် optical signal များကို ဒစ်ဂျစ်တယ်နည်းပညာဖြင့် ထုတ်ယူနိုင်သော နည်းပညာအသစ်တစ်ခုဖြစ်သည်။ဓာတ်ပုံရှာဖွေကိရိယာဖိုတွန်တစ်ခုတည်းကို လက်ခံရရှိပြီးနောက်။ အလင်းနည်းသော အချက်ပြမှုသည် အချိန်နယ်ပယ်တွင် ပိုမိုပျံ့နှံ့နေသောကြောင့်၊ ထောက်လှမ်းကိရိယာမှ ထွက်ရှိလာသော လျှပ်စစ်အချက်ပြမှုသည်လည်း သဘာဝကျပြီး သီးခြားဖြစ်သည်။ အလင်းအားနည်းခြင်း၏ ဤဝိသေသလက္ခဏာအရ၊ pulse amplification၊ pulse discrimination နှင့် digital counting နည်းပညာများကို အလွန်အားနည်းသော အလင်းကို ထောက်လှမ်းရန် အသုံးပြုလေ့ရှိသည်။ ခေတ်မီ ဖိုတွန်ရေတွက်နည်းပညာတွင် signal-to-noise ratio မြင့်မားခြင်း၊ ခွဲခြားမှုမြင့်မားခြင်း၊ တိုင်းတာမှုတိကျမှုမြင့်မားခြင်း၊ anti-drift ကောင်းမွန်သော၊ အချိန်တည်ငြိမ်မှုကောင်းမွန်ခြင်းကဲ့သို့သော အားသာချက်များစွာရှိပြီး၊ နောက်ဆက်တွဲ ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာမှုနှင့် လုပ်ဆောင်မှုအတွက် ဒစ်ဂျစ်တယ်အချက်ပြမှုပုံစံဖြင့် ကွန်ပျူတာသို့ data များထုတ်ပေးနိုင်ပြီး၊ အခြားထောက်လှမ်းနည်းလမ်းများနှင့် မယှဉ်နိုင်ပါ။ လက်ရှိတွင်၊ ဖိုတွန်ရေတွက်စနစ်ကို စက်မှုတိုင်းတာခြင်းနှင့် အလင်းနည်းသော ထောက်လှမ်းခြင်းနယ်ပယ်တွင် nonlinear optics၊ မော်လီကျူးဇီဝဗေဒ၊ ultra-high resolution spectroscopy၊ နက္ခတ္တဗေဒ photometry၊ လေထုညစ်ညမ်းမှုတိုင်းတာခြင်းစသည့် အလင်းအားနည်းသော အချက်ပြမှုများကို ရယူခြင်းနှင့် ထောက်လှမ်းခြင်းနှင့် ဆက်စပ်သော ကျယ်ပြန့်စွာအသုံးပြုခဲ့ကြသည်။ mercury cadmium telluride avalanche photodetector တွင် gain တိုးလာသည်နှင့်အမျှ ဆူညံသံအလွန်အကျွံမရှိသလောက်ဖြစ်ပြီး၊ signal-to-noise ratio ယိုယွင်းခြင်းမရှိပါ၊ ထို့အပြင် Geiger avalanche devices များနှင့်ဆက်စပ်သော dead time နှင့် post-pulse restriction လည်းမရှိပါ၊ ၎င်းသည် photon counting တွင်အသုံးချရန်အလွန်သင့်လျော်ပြီး အနာဂတ်တွင် photon counting devices များ၏အရေးကြီးသောဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုလမ်းကြောင်းတစ်ခုဖြစ်သည်။
ပို့စ်တင်ချိန်: ၂၀၂၅ ခုနှစ်၊ ဇန်နဝါရီလ ၁၄ ရက်