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什么是离散放大技术(DA)_Amplification光子探测器

作者:维尔克斯  时间:2024-2-4 11:54:07

离散放大技术 (DA)是一种用于检测店铺信号的全新方法,其技术原理主要分为三个,分别是:分布,放大,读取集成。这种方法由美国Amplification Technologies公司所开发,并且应用在了旗下产品中,离散放大光子探测器DAPD就运用了这个技术方法,让产品同时具有了极高的增益、高速和超低的过量噪声。


将单个光电子分布到一个单独的独立放大微通道中



通过单独的微通道将每个单独的光电子放大到可读的电荷包中


通过集成所有微通道的输出来恢复放大的电荷包

这种特殊的三功能设计多通道离散放大技术提供了一种独特的光电探测器:离散放大光子探测器DAPD融合了雪崩和盖革模式光电探测器的优点。盖革模式的工作方式有助于提高检测单光子的能力,而多通道设计则提供了始终可用性,并能以与检测到的光子数量成比例的方式做出响应,Amplification离散放大技术让这些光子分布在多个通道中。

通过Amplification离散放大技术这三种功能(分配、放大和读取)实现的负反馈机制使光子探测器具有独特的特性,具体表现如下:

-单光子和多光子检测能力

-对光子数量的线性响应

-每个微通道都有快速恢复时间

-无"死区时间",因为活动单元不会影响其相邻单元

-由于对单光子的响应会产生较大的电荷包,因此电子信号提取更简单

-无需构建直方图,从而简化了后续数字信号处理过程


Amplification多通道DA与光子数量成比例响应:

示波器上直接显示的DAPD800光子脉冲(左)和20光子脉冲(右)的响应示例。20光子脉冲的响应为3mV 高电平,而800光子脉冲的响应为24mV高电平。为消除电子放大器饱和,测量时不使用前置放大器,直接将DAPD连接到示波器。使用的电路包括一个10nF的交流耦合电容器。在这两个示例中捕捉到的光照度为左图818光子/脉冲。右图为20光子/脉冲。扫描显示的是100个波阵面(脉冲)的平均值。在这两个示例中,脉冲高度为24mV2.5mV,全宽半最大值 (FWHM) 时的脉冲宽度约为1ns,因为光子数量越多,响应越宽。


Amplification多通道DA对不同脉冲能量的校准响应:

200μm孔径离散放大光子探测器DAPD激光源对不同脉冲能量的校准响应

如前一示例所示,脉冲高度与检测到的脉冲能量成正比变化。在本例中,使用了前置放大器来增加DAPD输出的高度。本例中的Amplification光子探测器有250个微孔,单光子探测效率(PDE)约为20%。 因此,观察到的~1250光子/脉冲 " "位,即饱和开始的位置。请注意,DAPD对高于饱和水平的光子具有独特的响应能力。例如:3000光子/脉冲的响应信号约为3700mV,而饱和水平(1250光子/脉冲)的信号水平为2900mV

DAPD在 23°C 条件下的光谱响应;增益=~1

具有离散放大原理的Amplification光子探测器主要参数(典型值)

DAPD类型(孔径/尺寸)

20µm (单个微电池)

80μm

95*95μm2

200μm

PDE(后脉冲 < 10%

20%

DCR(最大PDET=-50°C

350kHz

5MHz

8MHz

30MHz

填充系数

100%

100%

90%array

100%






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