1550单光子探测器(单光子探测器芯片)

海潮机械 2023-01-22 16:20 编辑:admin 241阅读

1. 单光子探测器芯片

光子探测器的特点是:光谱响应有选择性,只对短于某一特定波长的红外辐射有响应,这一特定波长称为截止波长(指在长波端);响应速度快,比热探测器要高几个数量级,一般光电导探测器响应时间在微秒级,光伏探测器的响应时间在纳秒级或更快,这对于军用探测快速运动目标是非常重要的;探测灵敏度高,与热探测器相比,大约高出两个数量级;探测器灵敏度与工作温度有关,工作温度降低,探测器灵敏度就能提高,有的光子探测器只能在低温工作,需要制冷条件。

光子探测器大都是由化合物半导体材料制成,材料生长难度大,器件制造技术要求高,所以价格也比较贵。

2. 单光子阵列探测器

非晶硒型平板探测器

概括原理: 光导半导体直接将接收的X线光子转换成电荷,再由薄膜晶体管阵列将电信号读出并数字化。

具体原理: 1. X 线入射光子在非晶硒层激发出电子-空穴对;2. 电子和空穴在外加电场的作用下做反向运动,产生电流,电流的大小与入射的X线光子数量成正比;3. 这些电流信号被存储在TFT的极间电容上,每一个TFT和电容就形成一个像素单元。

优点: 1. 转换效率高, 动态范围广; 2. 空间分辨率高; 3. 锐利度好;

缺点: 1. 对X线吸收率低,在低剂量条件下图像质量不能很好的保证,而加大X线剂量,不但加大病源射线吸收,且对X光系统要求过高。2. 硒层对温度敏感,使用条件受限,环境适应性差。

碘化铯/非晶硅型平板探测器

概括原理: X线先经荧光介质材料转换成可见光,再由光敏元件将可见光信号转换成电信号,最后将模拟电信号经A/D转换成数字信号。

具体原理: 1. 曝光前,先使硅表面存储阳离子而产生均一电荷,导致在硅表面产生电子场;2. 曝光期间,在硅内产生电子-空穴对,且自由电子游离到表面,导致在硅表面产生潜在的电荷影像,在每一点上电荷密度与局部X线强度相当。3. 曝光后,X线图像被储存在每一个像素中;4. 半导体转换器读出每一个素,完成模数转换。

优点: 1. 转换效率高, 动态范围广;2. 空间分辨率高;3. 在低分辨率区X线吸收率高(原因是其原子序数高于非晶硒);4. 环境适应性强。

缺点: 1. 高剂量时DQE不如非晶硒型;2. 因有荧光转换层故存在轻微散射效应;3. 锐利度相对略低于非晶硒型。

3. 光电探测器芯片

优点:

1、光量子芯片只需低端光刻机就可以完成,对加工设备要求不高。

2、光量子芯片保存信息时间更长。

3、光量子芯片对外界的抗干扰性更强。

4、光量子芯片的兼容性更好。

5、光量子芯片的操控精度更高。

6、应用光量子芯片的计算机可以利用现有的光纤设施。

缺点:

研发难度很大,还需要解决大量的问题才能实际应用。

4. 单光子探测器的工作原理

光电检测系统的基本工作原理。

光电检测系统是指对待测光学量或由非光学待测物理量转换成的光学量,通过光电变换和电路处理的方法进行检测的系统。

光电检测系统的基本组成及各部份的主要作用。光电检测系统的组成:三要素:检测对象、光、光电变换。

能否使光束准确地携带所要检测量的信息,是决定所设计系统成败的关键光子探测器的工作原理是利用入射红外辐射的光子流与探测器材料中的电子相互作用,从而改变电子的能量状态,引起电学量变化。

5. 单光子探测器探测效率

那是以前的光伏效率,现在的能达到百分之40。

新型热光伏电池保持了40%左右的效率。

早期的热光伏电池平均效率约为20%,此前效率最高的记录也仅达到32%。原因在于这些电池由相对低带隙的材料制成,转换的是低温、低能量的光子,所以转换能量效率较低。

6. 单光子探测器芯片有哪些

单光子探测器可对单个光子进行探测和计数,在信号强度仅为几个光子能量级的条件下,单光子探测器的作用十分巨大。

光子,是光的最小能量量子。单光子探测技术,是刚刚起步的一种新式光电探测技术,其原理是利用新式光电效应,可对入射的单个光子进行计数,以实现对极微弱目标信号的探测。

有专家认为,单光子探测技术能将现有的机载光电探测距离从几十公里提高到几千公里,势必带来机载目标探测系统的革命,极大地改变未来空天战场的作战方式。

单光子探测技术 - 原理

单光子探测是一种极微弱光探测法,它所探测的光的光电流强度比光电检测器本身在室温下的热噪声水平(10-14W)还要低,用通常的直流检测方法不能把这种湮没在噪声中的信号提取出来。单光子计数方法利用弱光照射下光子探测器输出电信号自然离散的特点,采用脉冲甄别技术和数字计数技术把极其弱的信号识别并提取出来。

单光子探测技术是利用新式光电效应,可对入射的单个光子进行计数。入射的光子信号打到光电倍增器件上产生光电子,然后经过倍增系统倍增产生电脉冲信号,称为单光子脉冲。计数电路对这些脉冲的计数率随脉冲幅度大小的分布,脉冲幅度较小的脉冲是探测器噪声,其中主要是热噪声;脉冲幅度较大的是单光电子峰。Vh为鉴别电平,用它来把高于Vh的脉冲鉴别输出,以实现单光子计数。

单光子探测技术 - 优势

单光子探测技术和模拟检测技术相比有如下优点:

(1)测量结果受光电探测器的漂移、系统增益变化以及其它不稳定因素的影响较小;

(2)消除了探测器的大部分热噪声的影响,大大提高了测量结果的信噪比;

(3)有比较宽的线性动态区;

(4)可输出数字信号,适合与计算机接口连接进行数字数据处理。

单光子探测技术 - 应用

光子探测技术在高分辨率的光谱测量、非破坏性物质分析、高速现象检测、精密分析、大气测污、生物发光、放射探测、高能物理、天文测光、光时域反射、量子密钥分发系统等领域有着广泛的应用。目前,仅有美国、瑞士、中国实现了单光子探测器的批量生产。

军事

单光子探测技术可以探测到隐形飞机

单光子探测技术能将现有的机载光电探测距离从几十公里提高到几千公里,势必带来机载目标探测系统的革命,极大地改变未来空天战场的作战方式,这种技术用于军事雷达可以探测隐形飞机。此外,配装单光子探测系统的作战飞机,由于对空目标探测距离极远,将使空中作战从目前的中距进一步扩为远距。如:配挂单光子超远程空空导弹,火力攻击距离可达到几百到几千公里之外。空中战争将从传统的几十公里的超视距作战变为间隔几千公里的非接触战争。

利用空中平台或临近空间平台配装单光子探测系统,构建单光子探测网络,只需几部单光子探测系统就可实现对领空的全域覆盖。在此基础上用地面或空中远程导弹构建空中地面联合火力网,把单光子探测网络作为网络中心战的目标探测网络系统,可对任何位置(地面或空中)发射的导弹进行目标指引,有效攻击全球目标,实现“全球感知,全球打击”。