۱۳۹۹/۰۲/۳۱ ۱۵:۵۰ ۱۶۶
طبقه بندی: داده ها و سنجنده ها
چچ
آشکارساز های فوتونی

آشکارساز های فوتونی

آشکارسازهای فوتونی پرکاربردترین نوع آشکارسازها در تصویربرداری می‌باشند. در این آشکارسازها، هر فوتون جذب‌شده، یک زوج الکترون-حفره ایجاد می‌کند که این فرآیند به‌صورت ولتاژ یا جریان، ذخیره و انتقال می‌یابد.

فوتون با توجه به ساختارآشکارساز و فرآیند آشکارسازی، باید دارای حداقل انرژی معینی به نام تابع کار باشد تا حامل‌های بار را از نیروهای مقید اتمی آزاد و کمینه سیگنال ممکن را ایجاد نماید. سیگنال ایجاد شده در محل پیکسل، متناسب با شدت نور ورودی است؛ با تجمیع و چینش مناسب سیگنال پیکسل‌های یک آرایه، توزیع شدت یک‌ به‌ یکی از یک صحنه یا همان تصویر حاصل می‌شود. آشکارسازهای فوتونی به سه دسته گسیل نوری، فوتوکنداکتیو و فوتوولتاییک تقسیم می‌شوند. آشکارسازهای گسیل نوری مورد استفاده در مأموریت‌های فضایی عمدتاً به‌صورت فوتومولتی‌پلایر(PMT) بکار گرفته می‌شوند. در این ساختار بعد از فرار الکترون از سطح ماده و ایجاد فوتوالکترون اولیه، سازوکار نشر گسیل‌های ثانویه منجر به افزایش تصاعدی آن فوتوالکترون و افزایش بهره سیگنال می‌شود. دوربین MSS ماهواره Landsat نمونه شاخصی از استفاده فوتومولتی‌پلایر در پروژه‌های فضایی می‌باشد.

.

شکل 1 – طرح‌واره سازوکار آشکارسازی توسط فوتومولتی‌پلایر

.

آشکارسازهای فوتوکنداکتیو، نیمه‌رساناهای حساس به نوری هستند که مقاومتشان با میزان نور برخوردی کاهش می‌یابد. در این آشکارسازها هنگامی‌ که الکترون‌های باند رسانش توسط یک فوتون برانگیخته می‌شوند،‌ با کاهش مقاومت،‌ رسانایی آشکارساز افزایش می‌یابد. این تغییر قابل‌اندازه‌گیری و نسبتی از تابش برخوردی است. از آشکارسازهای فوتوکنداکتیو پرکاربرد می‌توان به سیلیکون (Si)، ایندیوم آنتیموان (InSb) و جیوه کادمیوم تلوراید (HgCdTe) اشاره کرد. نمونه‌ای از کاربرد فضایی آشکارساز فوتوکنداکتیو جیوه کادمیوم تلوراید را می‌توان در محموله تصویربرداری VHRR ماهواره INSAT مشاهده نمود.
آشکارسازهای فوتوولتاییک ساختار پیوند دیودی دارند؛ در این آشکارسازها با اتصال دو نیمه‌رسانا غیرذاتی و ایجاد پیوند p-n کنترل‌شده، در محل اتصال، یک پتانسیل الکتریکی به وجود می‌آید که به هنگام تابش با ایجاد زوج الکترون-حفره به ثبت شدت تابش می‌پردازد. ساختار این‌گونه از آشکارسازها به‌گونه‌ای است که می‌توانند در مد فوتوکنداکتیو نیز مورد استفاده قرار گیرند. همچنین با انتخاب‌های متنوعی از جنس و نسبت ترکیب زوج نیمه‌رساناها می‌توان محدوده پاسخ طیفی یک آشکارساز فوتوولتاییک را با توجه به نوع کاربرد آن بهینه نمود. شکل 2 پاسخ طیفی آشکارسازهای تصویربرداری پرکاربرد در ناحیه مادون‌قرمز، تراهرتز و میکروویو را نشان می‌دهد؛ همان‌گونه که مشاهده می‌شود ترکیب‌های متفاوتی از جیوه و کادمیوم باعث شده است تا چند نوع آشکارساز جیوه کادمیوم تلوراید با حساسیت و گستره طیفی متفاوتی حاصل شود.

.

شکل 2 – پاسخ طیفی آشکارسازهای تصویربرداری پرکاربرد در ناحیه IR (دمای عملیاتی آشکارسازهای فوتونی مقابل آن ذکرشده است)

.

آدرس کوتاه شده: