ভূমিকা, ফোটন গণনা ধরনের রৈখিক অ্যাভাল্যাঞ্চ ফটোডিটেক্টর

ভূমিকা, ফোটন গণনার ধরণরৈখিক তুষারধস ফটোডিটেক্টর

ফোটন কাউন্টিং প্রযুক্তি ইলেকট্রনিক ডিভাইসের রিডআউট নয়েজ কাটিয়ে উঠতে ফোটন সিগন্যালকে সম্পূর্ণরূপে বিবর্ধিত করতে পারে এবং ক্ষীণ আলোর বিকিরণের অধীনে ডিটেক্টরের আউটপুট বৈদ্যুতিক সিগন্যালের স্বাভাবিক বিচ্ছিন্ন বৈশিষ্ট্য ব্যবহার করে একটি নির্দিষ্ট সময়কালে ডিটেক্টর দ্বারা নির্গত ফোটনের সংখ্যা রেকর্ড করে এবং ফোটন মিটারের মান অনুযায়ী পরিমাপকৃত লক্ষ্যের তথ্য গণনা করে। অত্যন্ত ক্ষীণ আলো শনাক্তকরণ বাস্তবায়নের জন্য, বিভিন্ন দেশে ফোটন শনাক্তকরণ ক্ষমতাসম্পন্ন নানা ধরনের যন্ত্র নিয়ে গবেষণা করা হয়েছে। একটি সলিড স্টেট অ্যাভাল্যাঞ্চ ফটোডায়োড (এপিডি ফটোডিটেক্টরসলিড-স্টেট ডিভাইস (APD) হলো এমন একটি যন্ত্র যা অভ্যন্তরীণ আলোক-বৈদ্যুতিক প্রভাব ব্যবহার করে আলোক সংকেত শনাক্ত করে। ভ্যাকুয়াম ডিভাইসের তুলনায়, সলিড-স্টেট ডিভাইসগুলির প্রতিক্রিয়ার গতি, ডার্ক কাউন্ট, বিদ্যুৎ খরচ, আয়তন এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের সংবেদনশীলতা ইত্যাদির ক্ষেত্রে সুস্পষ্ট সুবিধা রয়েছে। বিজ্ঞানীরা সলিড-স্টেট APD ফোটন কাউন্টিং ইমেজিং প্রযুক্তির উপর ভিত্তি করে গবেষণা চালিয়েছেন।

এপিডি ফটোডিটেক্টর ডিভাইসগাইগার মোড (GM) এবং লিনিয়ার মোড (LM) এই দুটি কার্যপ্রণালী রয়েছে, এবং বর্তমান APD ফোটন কাউন্টিং ইমেজিং প্রযুক্তিতে প্রধানত গাইগার মোড APD ডিভাইস ব্যবহার করা হয়। গাইগার মোড APD ডিভাইসগুলোর একক ফোটন স্তরের উচ্চ সংবেদনশীলতা এবং কয়েক ন্যানোসেকেন্ডের উচ্চ প্রতিক্রিয়া গতি রয়েছে, যা উচ্চ সময় নির্ভুলতা অর্জনে সহায়তা করে। তবে, গাইগার মোড APD-তে ডিটেক্টর ডেড টাইম, কম ডিটেকশন এফিসিয়েন্সি, বড় অপটিক্যাল ক্রসটক এবং কম স্পেশিয়াল রেজোলিউশনের মতো কিছু সমস্যা রয়েছে, যার ফলে উচ্চ ডিটেকশন রেট এবং কম ফলস অ্যালার্ম রেটের মধ্যেকার দ্বন্দ্বকে অপ্টিমাইজ করা কঠিন হয়ে পড়ে। প্রায়-শব্দহীন উচ্চ-গেইন HgCdTe APD ডিভাইসের উপর ভিত্তি করে তৈরি ফোটন কাউন্টারগুলো লিনিয়ার মোডে কাজ করে, এতে কোনো ডেড টাইম এবং ক্রসটক সীমাবদ্ধতা নেই, গাইগার মোডের সাথে যুক্ত কোনো পোস্ট-পালস নেই, কোয়েন্চ সার্কিটের প্রয়োজন হয় না, এর অতি-উচ্চ ডায়নামিক রেঞ্জ, প্রশস্ত এবং টিউনযোগ্য স্পেকট্রাল রেসপন্স রেঞ্জ রয়েছে, এবং ডিটেকশন এফিসিয়েন্সি ও ফলস কাউন্ট রেটের জন্য স্বাধীনভাবে অপ্টিমাইজ করা যায়। এটি ইনফ্রারেড ফোটন কাউন্টিং ইমেজিংয়ের একটি নতুন প্রয়োগক্ষেত্র উন্মোচন করে, যা ফোটন কাউন্টিং ডিভাইসগুলোর একটি গুরুত্বপূর্ণ উন্নয়ন দিক এবং জ্যোতির্বৈজ্ঞানিক পর্যবেক্ষণ, মুক্ত স্থান যোগাযোগ, সক্রিয় ও নিষ্ক্রিয় ইমেজিং, ফ্রিঞ্জ ট্র্যাকিং ইত্যাদিতে এর ব্যাপক প্রয়োগ সম্ভাবনা রয়েছে।

HgCdTe APD ডিভাইসে ফোটন গণনার নীতি

HgCdTe উপাদানের উপর ভিত্তি করে তৈরি APD ফটোডিটেক্টর ডিভাইসগুলো একটি বিস্তৃত তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিসরকে অন্তর্ভুক্ত করতে পারে, এবং ইলেকট্রন ও হোলের আয়নীকরণ সহগগুলো খুব ভিন্ন (চিত্র ১ (ক) দেখুন)। এগুলো ১.৩~১১ µm কাট-অফ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের মধ্যে একটি একক বাহক গুণন প্রক্রিয়া প্রদর্শন করে। এতে প্রায় কোনো অতিরিক্ত নয়েজ নেই (Si APD ডিভাইসের FSi~২-৩ এবং III-V ফ্যামিলি ডিভাইসের FIII-V~৪-৫ এর অতিরিক্ত নয়েজ ফ্যাক্টরের তুলনায় (চিত্র ১ (খ) দেখুন), যার ফলে গেইন বৃদ্ধির সাথে সাথে ডিভাইসগুলোর সিগন্যাল-টু-নয়েজ অনুপাত প্রায় হ্রাস পায় না, যা একটি আদর্শ ইনফ্রারেড।তুষারধস ফটোডিটেক্টর.

চিত্র ১ (ক) মার্কারি ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড উপাদান এবং Cd-এর উপাদান x-এর ইমপ্যাক্ট আয়োনাইজেশন সহগ অনুপাতের মধ্যে সম্পর্ক; (খ) বিভিন্ন উপাদান সিস্টেমযুক্ত APD ডিভাইসগুলির অতিরিক্ত নয়েজ ফ্যাক্টর F-এর তুলনা

ফোটন কাউন্টিং প্রযুক্তি একটি নতুন প্রযুক্তি যা একটি ফোটন দ্বারা উৎপন্ন ফটোইলেকট্রন পালসগুলোকে বিশ্লেষণ করে তাপীয় কোলাহল থেকে ডিজিটালভাবে আলোক সংকেত বের করতে পারে।ফটোডিটেক্টরএকটি একক ফোটন গ্রহণ করার পর। যেহেতু স্বল্প-আলোর সংকেত সময় ডোমেনে আরও বেশি বিক্ষিপ্ত থাকে, তাই ডিটেক্টর দ্বারা আউটপুট হওয়া বৈদ্যুতিক সংকেতও স্বাভাবিক এবং বিচ্ছিন্ন হয়। দুর্বল আলোর এই বৈশিষ্ট্য অনুসারে, অত্যন্ত দুর্বল আলো শনাক্ত করার জন্য সাধারণত পালস অ্যামপ্লিফিকেশন, পালস ডিসক্রিমিনেশন এবং ডিজিটাল কাউন্টিং কৌশল ব্যবহার করা হয়। আধুনিক ফোটন কাউন্টিং প্রযুক্তির অনেক সুবিধা রয়েছে, যেমন উচ্চ সিগন্যাল-টু-নয়েজ অনুপাত, উচ্চ ডিসক্রিমিনেশন, উচ্চ পরিমাপ নির্ভুলতা, ভালো অ্যান্টি-ড্রিফট, ভালো সময় স্থিতিশীলতা, এবং এটি পরবর্তী বিশ্লেষণ ও প্রক্রিয়াকরণের জন্য ডিজিটাল সংকেত আকারে কম্পিউটারে ডেটা আউটপুট করতে পারে, যা অন্য কোনো শনাক্তকরণ পদ্ধতিতে নেই। বর্তমানে, ফোটন কাউন্টিং সিস্টেম শিল্প পরিমাপ এবং স্বল্প-আলো শনাক্তকরণের ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে, যেমন নন-লিনিয়ার অপটিক্স, আণবিক জীববিজ্ঞান, অতি-উচ্চ রেজোলিউশন স্পেকট্রোস্কোপি, জ্যোতির্বিজ্ঞানের ফটোমেট্রি, বায়ুমণ্ডলীয় দূষণ পরিমাপ ইত্যাদি, যা দুর্বল আলোর সংকেত সংগ্রহ এবং শনাক্তকরণের সাথে সম্পর্কিত। মার্কারি ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড অ্যাভাল্যাঞ্চ ফটোডিটেক্টরে প্রায় কোনো অতিরিক্ত নয়েজ থাকে না, গেইন বাড়ার সাথে সাথে সিগন্যাল-টু-নয়েজ অনুপাত হ্রাস পায় না, এবং গাইগার অ্যাভাল্যাঞ্চ ডিভাইসের মতো কোনো ডেড টাইম ও পোস্ট-পালস সীমাবদ্ধতা নেই, যা ফোটন কাউন্টিং-এর প্রয়োগের জন্য অত্যন্ত উপযুক্ত এবং ভবিষ্যতে ফোটন কাউন্টিং ডিভাইসের একটি গুরুত্বপূর্ণ উন্নয়ন দিক।