人類對(duì)更好地理解周圍世界行為的自然渴望為我們帶來了量子光學(xué)的研究領(lǐng)域;研究光作為量子化光子的性質(zhì)和效應(yīng)。快速發(fā)展的量子光學(xué)世界產(chǎn)生了對(duì)新一代高性能探測(cè)器的需求，這些探測(cè)器可以準(zhǔn)確有效地檢測(cè)小至單個(gè)光子的光信號(hào)。

這些探測(cè)器對(duì)于高端激光雷達(dá)、量子光學(xué)、量子電信、高能物理、粒子物理、核物理、熒光成像、天文學(xué)、等離子體研究等應(yīng)用和研究領(lǐng)域至關(guān)重要。精度、高效率地檢測(cè)單個(gè)光子的能力對(duì)于推進(jìn)這些領(lǐng)域至關(guān)重要。

對(duì)單光子探測(cè)技術(shù)的需求

單光子探測(cè)和成像技術(shù)是人們強(qiáng)烈且持續(xù)關(guān)注的領(lǐng)域?？焖侔l(fā)展的研究領(lǐng)域代表了我們?cè)诳梢姽庾V內(nèi)的日常經(jīng)驗(yàn)與我們可以獲取低至單個(gè)光子的低水平光信號(hào)的量子領(lǐng)域之間的橋梁。

上述應(yīng)用提出了嚴(yán)格的工程要求，例如高光子探測(cè)效率、低暗計(jì)數(shù)率、紅外光譜靈敏度以及儀器限制時(shí)間抖動(dòng)。這些應(yīng)用及其要求共同推動(dòng)了單光子探測(cè)器的研究和開發(fā)工作。

常見類型的單光子探測(cè)技術(shù)包括雪崩光電二極管 (APD)、單光子雪崩二極管 (SPAD)、躍遷邊緣傳感器、單電子晶體管探測(cè)器 (SET)、超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器 (SNSPD) 和基于真空管的光子探測(cè)器。有關(guān)各種單光子探測(cè)器的更多信息，請(qǐng)參見此處。雖然存在多種類型的探測(cè)器，但真空管探測(cè)器因其能夠在較寬的溫度條件下工作、高探測(cè)效率以及相對(duì)便宜的價(jià)格而脫穎而出。

真空管探測(cè)器：它們是如何工作的

基于真空管的圖像增強(qiáng)管因其在軍事應(yīng)用中使用的夜視鏡中的應(yīng)用而聞名。同樣的技術(shù)還可用于構(gòu)建用于低光成像和單光子計(jì)數(shù)的高靈敏度檢測(cè)解決方案。

關(guān)鍵部件和功能

基于真空管的圖像增強(qiáng)管由幾個(gè)基本部件組成;光電陰極、微通道板 (MCP) 和陽(yáng)極。這些組件協(xié)同工作以放大輸入信號(hào)，從而創(chuàng)建豐富且動(dòng)態(tài)的輸出。

操作原理

第一步，現(xiàn)有的環(huán)境光穿過光電陰極，光電陰極將傳入的光子信號(hào)轉(zhuǎn)換為光電子。

在第二步中，光電子被電場(chǎng)吸引到 MCP 中，在那里它們?cè)趦?nèi)壁上多次撞擊，從而倍增數(shù)千次。在光子計(jì)數(shù)應(yīng)用中，使用陽(yáng)極檢測(cè)倍增的電子信號(hào)。在光子成像應(yīng)用中，陽(yáng)極將電子轉(zhuǎn)換回光子以產(chǎn)生圖像。

要進(jìn)一步直觀地了解圖像增強(qiáng)管的工作原理，這是一種用于單光子和低光水平成像的高級(jí)圖像增強(qiáng)器適配器。

真空管探測(cè)器的優(yōu)

基于真空管的單光子探測(cè)器的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是其高探測(cè)效率。

真空內(nèi)薄感光層(光電陰極)的特性可實(shí)現(xiàn)極低的暗計(jì)數(shù)率以及市場(chǎng)領(lǐng)先的量子效率。

真空和真空中的部件的質(zhì)量使得脈沖后幾乎不存在。這導(dǎo)致單光子的高探測(cè)效率，從而使得探測(cè)和測(cè)量極弱的光信號(hào)成為可能。

基于真空管的光子探測(cè)器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其低噪聲運(yùn)行。門控操作模式(極快電子快門)允許光電陰極僅在短時(shí)間內(nèi)處于活動(dòng)狀態(tài)，從而減少暗計(jì)數(shù)和脈沖后產(chǎn)生的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)數(shù)量。這使得在廣泛的科學(xué)和工業(yè)應(yīng)用中準(zhǔn)確檢測(cè)和測(cè)量微弱的光信號(hào)成為可能。

可靠性和使用壽命

基于真空管的單光子探測(cè)器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它們能夠在較寬的溫度范圍和極端環(huán)境下運(yùn)行。管內(nèi)的極高真空 (XHV) 有助于保護(hù)光電陰極免受損壞，從而延長(zhǎng)探測(cè)器的使用壽命。這使得基于真空管的單光子探測(cè)器成為惡劣環(huán)境和長(zhǎng)期測(cè)量的理想選擇。

價(jià)格

除了性能優(yōu)勢(shì)之外，基于真空管的單光子探測(cè)器的生產(chǎn)成本比其他類型的單光子探測(cè)器相對(duì)便宜。其長(zhǎng)壽命優(yōu)勢(shì)加上低成本使得基于真空管的探測(cè)器成為單光子探測(cè)和成像技術(shù)的理想選擇。因此，這些探測(cè)器更適合廣泛的用戶和各種應(yīng)用。

光子解決方案

Photonis 提供最先進(jìn)的真空管探測(cè)器技術(shù)，為新一代高性能光子探測(cè)器提供先進(jìn)的解決方案。它們?cè)诹孔庸鈱W(xué)中的應(yīng)用使我們能夠揭示周圍世界中的不可見事物!

Photonis 為 OEM 和最終用戶應(yīng)用提出了各種類型的高靈敏度、快速定時(shí)、低噪聲、基于真空管的單光子探測(cè)器。我們的專家團(tuán)隊(duì)提供支持和咨詢服務(wù)，幫助選擇和實(shí)施適合所有應(yīng)用(從太空到量子電信等)的正確單光子探測(cè)器。

Photonis多堿Hi-QE光電陰極技術(shù)結(jié)合了120-1050 nm光譜范圍內(nèi)的高量子效率(QE)和低至50 Hz/cm2的暗計(jì)數(shù)率，從而實(shí)現(xiàn)了極好的信噪比。當(dāng)光電陰極用作超快電光快門時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)亞納秒(十億分之一秒)的選通速度，以實(shí)現(xiàn)精確的瞬態(tài)現(xiàn)象成像。

審核編輯 黃宇