A كاشف فوتون واحدهو جهاز حساس للغاية قادر على اكتشاف الفوتونات الفردية (أصغر وحدات الضوء) . هذه الكشفات مهمة في البصريات الكمومية ، والاتصال الكمومي ، والعديد من الحقول الأخرى حيث يكون اكتشاف إشارات الضوء الضعيفة للغاية أمرًا ضروريًا .
أنواع sأجهزة الكشف عن فوتون إنجل
Avalanche PhotoDiode (APD) في وضع جيجر
النوع الأكثر شيوعًا من SPD .
يعمل مع جهد تحيز فوق الانهيار ، مما يخلق انهيارًا ذاتيًا يتم تشغيله بواسطة فوتون واحد .
غالبًا ما يكون ingaas apds (للاختلاء الأشعة تحت الحمراء) أو APDS السيليكون (للضوء المرئي) .
كاشف فوتون فردي Supercting Nanowire (SNSPD)
يستخدم superconducting super nanowire المبرد إلى درجات حرارة مبردة .
يوفر كفاءة اكتشاف عالية جدًا ، وعدادات داكنة منخفضة ، وتراجع منخفض للغاية في التوقيت .
تعمل في مرئية وقريبة من الأشعة تحت الحمراء .
الأنابيب الضوئية (PMTS)
أجهزة أنبوب الفراغ التي تضخيم شلالات الإلكترون التي تم إنشاؤها بواسطة امتصاص الفوتون .
ربح عالي واستجابة سريعة ولكن ضخمة وحساسة للحقول المغناطيسية .
تستخدم في الغالب في نطاق الضوء المرئي .
عدادات الفوتون الخفيفة المرئية (VLPC)
أجهزة أشباه الموصلات ذات ربح عالي وحساسية فوتون مفردة .
تعمل في درجات الحرارة المبردة .
مستشعرات حافة الانتقال (TES)
أجهزة الكشف عن التوصيل الفائق التي تقيس طاقة الفوتون عن طريق اكتشاف تغييرات درجة الحرارة .
حساسة للغاية مع دقة رقم الفوتون .
السيليكون photomultipliers (SIPM)
صفائف من APDs-وضع Geiger تعمل بشكل متوازي .
عدد الفوتون المدمج والقابل للتطوير مع دقة توقيت معتدلة .
مبدأ العمل
ثنائيات الضوئية الفالانش (وضع جيجر):
امتصاص الفوتون:
يتم امتصاص فوتون واحد وارد في منطقة النضوب من APD ، مما يولد زوج ثقب الإلكترون .
مضاعفة الانهيار:
الجهاز متحيز فوق جهد الانهيار .
تؤدي الناقلات الأولية إلى انهيار جليدي ، مما يؤدي إلى نبض تيار كبير يشير إلى اكتشاف الفوتون .
التبريد:
يتم إخماد الانهيار الجليدي عن طريق خفض جهد التحيز أو استخدام الدوائر الإلكترونية لإعادة تعيين الكاشف .
SNSPD:
Superconducting nanowire:
يتم تبريد سلك التوصيل الفائق أسفل درجة الحرارة الحرجة ، ويحمل التيار دون مقاومة .
اكتشاف الفوتون:
امتصاص الفوتون يكسر الموصلية الفائقة محليًا ، مما يسبب نقطة ساخنة مقاومة .
توليد الإشارة:
النقطة الساخنة المقاومة تخلق نبض الجهد ، يشير إلى وصول الفوتون .
استعادة:
يبرد السلك ويعود إلى حالة التوصيل الفائق ، جاهزًا للفوتون التالي .
وظائف
اكتشف فوتونات واحدة:
توفير إخراج إشارة رقمية لكل فوتون المكتشف .
حساسية عالية:
اكتشف الإشارات البصرية الضعيفة للغاية .
قرار التوقيت:
تقديم توقيت دقيق (Picosecond لمقياس النانوسيمون) للوصول الفوتون .
عد الفوتون:
عد عدد الفوتونات في التجارب ذات الضوء المنخفض أو الكمومي .
معدل عدد الظلام المنخفض:
قلل من التهم الخاطئة من الضوضاء .
النطاق الطيفي:
تعمل على مرئي لأطوال الموجات القريبة من الأشعة تحت الحمراء اعتمادًا على النوع .
التطبيقات
توزيع مفتاح الكم (QKD)
ضروري للتواصل الكمومي الآمن عن طريق اكتشاف فوتونات واحدة ترميز بتات الكم .
البصريات الكمومية والحوسبة الكمومية
تستخدم في معالجة المعلومات الكمومية القائمة على الفوتون والتجارب الأساسية .
ليدار والاستشعار عن بعد
يتيح اكتشاف الإشارات المنعكسة الضعيفة للغاية في lidar بعيدة المدى .
المجهر التصوير مدى الحياة (FLIM)
يكتشف الفوتونات المفردة المنبعثة من عينات الفلورسنت للتصوير البيولوجي .
علم الفلك وعلوم الفضاء
اكتشف الضوء الخافت للغاية من النجوم البعيدة أو المجرات .
عد الفوتون الفردي المرتبط بالوقت (TCSPC)
يقيس أوقات وصول الفوتون لقياسات التحليل الطيفي فائق السرعة .
القياس البصري
قياسات عالية الدقة في قياس التداخل والتماسك البصري التصوير المقطعي .
جدول الملخص
| يكتب | الميزات الرئيسية | نطاق الطول الموجي | حالات الاستخدام النموذجية |
|---|---|---|---|
| Geiger-Mode APD | ارتعاش التوقيت المدمج والمعتدل | مرئي لـ NIR (400-1700 نانومتر) | Telecom QKD ، التجارب المعملية |
| SNSPD | ضوضاء منخفضة للغاية ، كفاءة عالية | مرئي إلى NIR | البصريات الكمومية ، تطبيقات الفضاء |
| أنبوب photomultiplier (PMT) | ربح عالي ، ضخمة | مرئي | فيزياء الجسيمات ، التصوير الحيوي |
| TES | قرار رقم الفوتون | مرئي إلى الأشعة تحت الحمراء | القياس الكم |
| سيليكون photomultiplier | صفائف قابلة للتطوير | مرئي إلى NIR | التصوير الطبي ، ليدار |