Language
Country/Area
No result found
اختيار ممتاز لاكتشاف الإضاءة المنخفضة: كيف يعمل SPAD في وضع جيجر؟
مع تقدم العلوم والتكنولوجيا، يستمر الطلب على تقنية الكشف عن الضوء في النمو. وخاصة في المجالات التكنولوجية العالية مثل الحوسبة الكمومية والطب الحيوي، أصبح العثور على المعدات التي يمكنها التقاط الضوء الضعيف بحساسية موضوعًا مهمًا. ومن بينها، أظهر ثنائي الانهيار الفوتوني الفردي (SPAD) إمكانات كبيرة في مجال اكتشاف الضوء بسبب مبدأ عمله الفريد. ستلقي هذه المقالة نظرة عن كثب على تشغيل SPADs، وخاصة كيفية عملها في وضع جايجر، وتكشف قيمتها في مجموعة متنوعة من التطبيقات.
مبدأ العمل الأساسي لـ SPAD
SPAD القياسي هو عبارة عن صمام ثنائي ضوئي يعمل عند انحياز عكسي عالي، تم تصميمه للسماح للفوتونات الواردة بتوليد الإلكترونات والثقوب الإيجابية. قد يؤدي تصادم هذه الناقلات إلى إطلاق إلكترونات إضافية، مما يؤدي إلى إحداث تأثير "الانهيار" الذي يعزز توليد الإشارة بشكل أكبر.
في وضع جايجر، يمكن أن يصل مكسب SPAD إلى 10^5 إلى 10^6، مما يجعله كاشفًا للفوتون الواحد شديد الحساسية.
نمط جايجر وتطبيقاته
وضع جايجر هو حالة تشغيل خاصة يتم فيها ضبط الجهد العكسي لجهاز SPAD فوق جهد انهياره. وهذا يعني أن مجرد سقوط فوتون واحد يمكن أن يسبب زيادة هائلة في التيار. ومع ذلك، نظرًا لطبيعة المكسب العالي، عندما يتم إنشاء إشارة، يجب الحد منها بسرعة لمنع حالة التوصيل المستدامة، والتي يتم تحقيقها من خلال تقنيات القتل النشطة والسلبية.
يعتمد التشغيل الفعال لجهاز SPAD في وضع جايجر على التحكم في معدل العد المظلم واحتمالية النبضة اللاحقة، والتي تعد مؤشرات مهمة لضمان دقة الكشف.
اختيار المواد لـ SPAD
يتأثر أداء SPAD أيضًا بالمواد المستخدمة. يمكن للسيليكون اكتشاف الضوء المرئي والضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء بشكل فعال، في حين يمكن للجرمانيوم اكتشاف الضوء تحت الأحمر حتى طول موجي يبلغ 1.7 ميكرون. ومع ذلك، فإن الجرمانيوم لديه ضوضاء مكسب عالية نسبيًا، في حين يمكن تحسين الثنائيات التي تستخدم InGaAs غير المتبلور للكشف عن ما يصل إلى 1.6 ميكرون، وضوضاء مكسبها منخفضة نسبيًا، مما يجعلها مناسبة لاحتياجات الاتصالات عالية السرعة.
نطاق تطبيق SPAD
إن الحساسية العالية لـ SPADs تجعلها أساسية في العديد من المجالات، بما في ذلك الاتصالات الكمومية، والتصوير الطبي (مثل التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني)، وأبحاث فيزياء الجسيمات. وبما أن أجهزة SPAD يمكنها حساب وصول الفوتونات الفردية بدقة، فهذا أمر بالغ الأهمية لدراسة سلوك الضوء على المقاييس الصغيرة للغاية.حدود الأداء والتحديات
على الرغم من أن SPADs لها العديد من المزايا، إلا أن أداءها محدود بسبب عدة عوامل، بما في ذلك الكفاءة الكمية، والتيار المتسرب العالي، ومصادر الضوضاء الإضافية مثل ضوضاء المكسب وضوضاء Fano. قد تؤثر هذه العوامل على الحساسية النهائية ودقة الجهاز، لذلك لا يلزم التحكم الصارم في التحيز العكسي فحسب، بل يجب أيضًا تحسين المواد والتصميمات بشكل مستمر لتقليل تأثير الضوضاء.
عند السؤال عن كيفية تأثير كل هذه المزايا التكنولوجية على مستقبلنا، هل يمكن أن يصبح SPAD هو التيار الرئيسي لتكنولوجيا الكشف البصري في المستقبل؟
