凯立特科技 时间分辨探测器

光子计数原理

SPAD如何实现单光子探测，此模式也称为盖革模式。给SPAD加载使其处于击穿态的偏置电压VBr，并处于亚稳态（A点）。它将保持此状态，直到创建主电荷载流子。在这种情况下，信号放大作用实际上变得无限大，甚至只探测到单光子也会引起雪崩效应，从而出现宏观电流脉冲（点A到B），之后可以通过后端所设计的电子电路轻松的探测到信号。该电路必须要限制流过器件的电流的值，以防止其破坏器件并能够淬灭雪崩以使器件复位（点B到C）。一定时间后（死时间），偏置电压将恢复（C点到A点），SPAD再次准备探测单个光子。击穿电压的实际值取决于半导体材料、器件结构和温度等因素。对于InGaAs / InP-APD来说，击穿电压通常约为50V。在盖革模式下，APD的探测效率以及噪声都取决于所加的偏置电压。

ICCD成像技术

ICCD是新一代增强型相机，灵敏度非常高，可进行单光子探测，适用于UV、VS、NIR等多种波段。具有纳秒级门控和相关控制模块为微光及时间分辨提供可靠的性能保证。ICCD主要由像增强器和CCD耦合而成，时间分辨探测器，包括像增强器，CCD和中继耦合组件等几部分;如右图所示入射光经过物镜打到像增强器的光阴极上，由于光电效应转换成电子图像，电子图像耦合到微通道板，在微通道板的每个光纤通道内电子不断撞击，产生约100倍的电子，放大的电子从微通道板射出撞击荧光屏，重新激发出光子图像，再经过中继器投射在CCD上成像。如图2所示:像增强器与CCD的耦合及微通道板的结构示意图。

名词解释

a)探测效率

雪崩光电二极管APD在单光子探测模式下的性能主要以其探测效率为特征。该量对应于光子撞击到光电二极管上被探测到的概率。InGaAs SPAD的探测效率来自两个不同的因素：

1.光子被InGaAs层吸收的概率；

2.光生载流子在穿过倍增区时触发雪崩并在输出端产生电流的概率。

在基于光纤的光子计数器中，光纤与光电二极管的有效区域之间可能存在一些耦合损耗。为了对此进行补偿，可以通过稍增偏置电压以获得相同的探测效率。 但是这会稍微增加暗计数率。

当过偏置电压升高时，量0子探测效率也会相应提高。在1550 nm处，InGaAs / InP光电二极管的探测效率值通常高达25％。一般对于InGaAs / InP光子计数模块的探测效率是可调的。