ಪರಿಚಯ, ಫೋಟಾನ್ ಎಣಿಕೆಯ ಪ್ರಕಾರದ ರೇಖೀಯ ಹಿಮಪಾತ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್

ಪರಿಚಯ, ಫೋಟಾನ್ ಎಣಿಕೆಯ ಪ್ರಕಾರರೇಖೀಯ ಹಿಮಪಾತ ದ್ಯುತಿಶೋಧಕ

ಫೋಟಾನ್ ಎಣಿಕೆಯ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳ ಓದುವಿಕೆ ಶಬ್ದವನ್ನು ನಿವಾರಿಸಲು ಫೋಟಾನ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಅನ್ನು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ವರ್ಧಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ದುರ್ಬಲ ಬೆಳಕಿನ ವಿಕಿರಣದ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಿಗ್ನಲ್‌ನ ನೈಸರ್ಗಿಕ ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಅವಧಿಯಲ್ಲಿ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ನಿಂದ ಫೋಟಾನ್‌ಗಳ ಔಟ್‌ಪುಟ್‌ನ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ದಾಖಲಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಫೋಟಾನ್ ಮೀಟರ್‌ನ ಮೌಲ್ಯದ ಪ್ರಕಾರ ಅಳತೆ ಮಾಡಿದ ಗುರಿಯ ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ಲೆಕ್ಕಹಾಕುತ್ತದೆ. ಅತ್ಯಂತ ದುರ್ಬಲ ಬೆಳಕಿನ ಪತ್ತೆಹಚ್ಚುವಿಕೆಯನ್ನು ಅರಿತುಕೊಳ್ಳುವ ಸಲುವಾಗಿ, ವಿವಿಧ ದೇಶಗಳಲ್ಲಿ ಫೋಟಾನ್ ಪತ್ತೆ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಹಲವು ವಿಭಿನ್ನ ರೀತಿಯ ಉಪಕರಣಗಳನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲಾಗಿದೆ. ಘನ ಸ್ಥಿತಿಯ ಹಿಮಪಾತ ಫೋಟೊಡಿಯೋಡ್ (APD ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್) ಬೆಳಕಿನ ಸಂಕೇತಗಳನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಲು ಆಂತರಿಕ ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುತ್ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಬಳಸುವ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ. ನಿರ್ವಾತ ಸಾಧನಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ಘನ-ಸ್ಥಿತಿಯ ಸಾಧನಗಳು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ವೇಗ, ಡಾರ್ಕ್ ಎಣಿಕೆ, ವಿದ್ಯುತ್ ಬಳಕೆ, ಪರಿಮಾಣ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ಕ್ಷೇತ್ರ ಸಂವೇದನೆ ಇತ್ಯಾದಿಗಳಲ್ಲಿ ಸ್ಪಷ್ಟ ಪ್ರಯೋಜನಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಘನ-ಸ್ಥಿತಿಯ APD ಫೋಟಾನ್ ಎಣಿಕೆಯ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು ಆಧರಿಸಿ ಸಂಶೋಧನೆ ನಡೆಸಿದ್ದಾರೆ.

APD ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್ ಸಾಧನಗೀಗರ್ ಮೋಡ್ (GM) ಮತ್ತು ಲೀನಿಯರ್ ಮೋಡ್ (LM) ಎರಡು ಕಾರ್ಯ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಪ್ರಸ್ತುತ APD ಫೋಟಾನ್ ಎಣಿಕೆಯ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಗೀಗರ್ ಮೋಡ್ APD ಸಾಧನವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ. ಗೀಗರ್ ಮೋಡ್ APD ಸಾಧನಗಳು ಏಕ ಫೋಟಾನ್ ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂವೇದನೆಯನ್ನು ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಮಯದ ನಿಖರತೆಯನ್ನು ಪಡೆಯಲು ಹತ್ತಾರು ನ್ಯಾನೊಸೆಕೆಂಡ್‌ಗಳ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ವೇಗವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಗೀಗರ್ ಮೋಡ್ APD ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಡೆಡ್ ಟೈಮ್, ಕಡಿಮೆ ಪತ್ತೆ ದಕ್ಷತೆ, ದೊಡ್ಡ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಕ್ರಾಸ್‌ವರ್ಡ್ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಪ್ರಾದೇಶಿಕ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್‌ನಂತಹ ಕೆಲವು ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪತ್ತೆ ದರ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ತಪ್ಪು ಎಚ್ಚರಿಕೆ ದರದ ನಡುವಿನ ವಿರೋಧಾಭಾಸವನ್ನು ಅತ್ಯುತ್ತಮವಾಗಿಸುವುದು ಕಷ್ಟ. ಶಬ್ಧವಿಲ್ಲದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಲಾಭದ HgCdTe APD ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ಫೋಟಾನ್ ಕೌಂಟರ್‌ಗಳು ರೇಖೀಯ ಮೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ, ಡೆಡ್ ಟೈಮ್ ಮತ್ತು ಕ್ರಾಸ್‌ಸ್ಟಾಕ್ ನಿರ್ಬಂಧಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿಲ್ಲ, ಗೀಗರ್ ಮೋಡ್‌ಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಯಾವುದೇ ಪೋಸ್ಟ್-ಪಲ್ಸ್ ಅನ್ನು ಹೊಂದಿಲ್ಲ, ಕ್ವೆಂಚ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ಗಳ ಅಗತ್ಯವಿಲ್ಲ, ಅಲ್ಟ್ರಾ-ಹೈ ಡೈನಾಮಿಕ್ ಶ್ರೇಣಿ, ವಿಶಾಲ ಮತ್ತು ಟ್ಯೂನಬಲ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರಲ್ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಶ್ರೇಣಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ ಮತ್ತು ಪತ್ತೆ ದಕ್ಷತೆ ಮತ್ತು ತಪ್ಪು ಎಣಿಕೆ ದರಕ್ಕಾಗಿ ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿ ಅತ್ಯುತ್ತಮವಾಗಿಸಬಹುದು. ಇದು ಅತಿಗೆಂಪು ಫೋಟಾನ್ ಎಣಿಕೆಯ ಚಿತ್ರಣದ ಹೊಸ ಅನ್ವಯಿಕ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ತೆರೆಯುತ್ತದೆ, ಫೋಟಾನ್ ಎಣಿಕೆಯ ಸಾಧನಗಳ ಪ್ರಮುಖ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ನಿರ್ದೇಶನವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಖಗೋಳ ವೀಕ್ಷಣೆ, ಮುಕ್ತ ಸ್ಥಳ ಸಂವಹನ, ಸಕ್ರಿಯ ಮತ್ತು ನಿಷ್ಕ್ರಿಯ ಚಿತ್ರಣ, ಫ್ರಿಂಜ್ ಟ್ರ್ಯಾಕಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಮುಂತಾದವುಗಳಲ್ಲಿ ವಿಶಾಲವಾದ ಅನ್ವಯಿಕ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ.

HgCdTe APD ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ಫೋಟಾನ್ ಎಣಿಕೆಯ ತತ್ವ

HgCdTe ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಸಾಧನಗಳು ವ್ಯಾಪಕ ಶ್ರೇಣಿಯ ತರಂಗಾಂತರಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಳ್ಳಬಹುದು ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ರಂಧ್ರಗಳ ಅಯಾನೀಕರಣ ಗುಣಾಂಕಗಳು ಬಹಳ ಭಿನ್ನವಾಗಿವೆ (ಚಿತ್ರ 1 (a) ನೋಡಿ). ಅವು 1.3~11 µm ನ ಕಟ್-ಆಫ್ ತರಂಗಾಂತರದೊಳಗೆ ಏಕ ವಾಹಕ ಗುಣಾಕಾರ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನವನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಬ್ದವಿಲ್ಲ (Si APD ಸಾಧನಗಳ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಶಬ್ದ ಅಂಶ FSi~2-3 ಮತ್ತು III-V ಕುಟುಂಬ ಸಾಧನಗಳ FIII-V~4-5 ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ (ಚಿತ್ರ 1 (b) ನೋಡಿ), ಆದ್ದರಿಂದ ಸಾಧನಗಳ ಸಿಗ್ನಲ್-ಟು-ಶಬ್ದ ಅನುಪಾತವು ಲಾಭದ ಹೆಚ್ಚಳದೊಂದಿಗೆ ಬಹುತೇಕ ಕಡಿಮೆಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ, ಇದು ಆದರ್ಶ ಅತಿಗೆಂಪು.ಹಿಮಪಾತ ದ್ಯುತಿಶೋಧಕ.

ಚಿತ್ರ 1 (ಎ) ಪಾದರಸ ಕ್ಯಾಡ್ಮಿಯಮ್ ಟೆಲ್ಯುರೈಡ್ ವಸ್ತುವಿನ ಪ್ರಭಾವ ಅಯಾನೀಕರಣ ಗುಣಾಂಕ ಅನುಪಾತ ಮತ್ತು ಸಿಡಿಯ ಘಟಕ x ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧ; (ಬಿ) ವಿವಿಧ ವಸ್ತು ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಎಪಿಡಿ ಸಾಧನಗಳ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಶಬ್ದ ಅಂಶ ಎಫ್‌ನ ಹೋಲಿಕೆ

ಫೋಟಾನ್ ಎಣಿಕೆಯ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಒಂದು ಹೊಸ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವಾಗಿದ್ದು, ಇದು ಉಷ್ಣ ಶಬ್ದದಿಂದ ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಸಂಕೇತಗಳನ್ನು ಡಿಜಿಟಲ್ ರೂಪದಲ್ಲಿ ಹೊರತೆಗೆಯಬಲ್ಲದು, ಇದು ಒಂದುಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ಒಂದೇ ಫೋಟಾನ್ ಪಡೆದ ನಂತರ. ಕಡಿಮೆ-ಬೆಳಕಿನ ಸಿಗ್ನಲ್ ಸಮಯ ಡೊಮೇನ್‌ನಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಚದುರಿಹೋಗಿರುವುದರಿಂದ, ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ನಿಂದ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಸಹ ನೈಸರ್ಗಿಕ ಮತ್ತು ಪ್ರತ್ಯೇಕವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ದುರ್ಬಲ ಬೆಳಕಿನ ಈ ಗುಣಲಕ್ಷಣದ ಪ್ರಕಾರ, ಪಲ್ಸ್ ವರ್ಧನೆ, ಪಲ್ಸ್ ತಾರತಮ್ಯ ಮತ್ತು ಡಿಜಿಟಲ್ ಎಣಿಕೆಯ ತಂತ್ರಗಳನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಅತ್ಯಂತ ದುರ್ಬಲ ಬೆಳಕನ್ನು ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆಧುನಿಕ ಫೋಟಾನ್ ಎಣಿಕೆಯ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಿಗ್ನಲ್-ಟು-ಶಬ್ದ ಅನುಪಾತ, ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾರತಮ್ಯ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಮಾಪನ ನಿಖರತೆ, ಉತ್ತಮ ಆಂಟಿ-ಡ್ರಿಫ್ಟ್, ಉತ್ತಮ ಸಮಯದ ಸ್ಥಿರತೆಯಂತಹ ಅನೇಕ ಪ್ರಯೋಜನಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಮತ್ತು ನಂತರದ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ ಮತ್ತು ಸಂಸ್ಕರಣೆಗಾಗಿ ಡಿಜಿಟಲ್ ಸಿಗ್ನಲ್ ರೂಪದಲ್ಲಿ ಕಂಪ್ಯೂಟರ್‌ಗೆ ಡೇಟಾವನ್ನು ಔಟ್‌ಪುಟ್ ಮಾಡಬಹುದು, ಇದು ಇತರ ಪತ್ತೆ ವಿಧಾನಗಳಿಂದ ಸಾಟಿಯಿಲ್ಲ. ಪ್ರಸ್ತುತ, ಫೋಟಾನ್ ಎಣಿಕೆಯ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಕೈಗಾರಿಕಾ ಮಾಪನ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ-ಬೆಳಕಿನ ಪತ್ತೆ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ರೇಖಾತ್ಮಕವಲ್ಲದ ದೃಗ್ವಿಜ್ಞಾನ, ಆಣ್ವಿಕ ಜೀವಶಾಸ್ತ್ರ, ಅಲ್ಟ್ರಾ-ಹೈ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ಸ್ಪೆಕ್ಟ್ರೋಸ್ಕೋಪಿ, ಖಗೋಳ ಫೋಟೊಮೆಟ್ರಿ, ವಾತಾವರಣದ ಮಾಲಿನ್ಯ ಮಾಪನ, ಇತ್ಯಾದಿ, ಇದು ದುರ್ಬಲ ಬೆಳಕಿನ ಸಂಕೇತಗಳ ಸ್ವಾಧೀನ ಮತ್ತು ಪತ್ತೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ. ಪಾದರಸ ಕ್ಯಾಡ್ಮಿಯಮ್ ಟೆಲ್ಯುರೈಡ್ ಅವಲಾಂಚೆ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಬಹುತೇಕ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಶಬ್ದವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದಿಲ್ಲ, ಲಾಭ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ, ಸಿಗ್ನಲ್-ಟು-ಶಬ್ದ ಅನುಪಾತವು ಕೊಳೆಯುವುದಿಲ್ಲ ಮತ್ತು ಗೀಗರ್ ಅವಲಾಂಚೆ ಸಾಧನಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಯಾವುದೇ ಡೆಡ್ ಟೈಮ್ ಮತ್ತು ಪೋಸ್ಟ್-ಪಲ್ಸ್ ನಿರ್ಬಂಧವಿಲ್ಲ, ಇದು ಫೋಟಾನ್ ಎಣಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಅನ್ವಯಿಸಲು ತುಂಬಾ ಸೂಕ್ತವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಭವಿಷ್ಯದಲ್ಲಿ ಫೋಟಾನ್ ಎಣಿಕೆಯ ಸಾಧನಗಳ ಪ್ರಮುಖ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ನಿರ್ದೇಶನವಾಗಿದೆ.