diseño e implementación de un módulo compacto de conteo de fotones individuales
Autores: Chen, Ming; Li, Chenghao; Morrison, Alan P.; Deng, Shijie; Teng, Chuanxin; Liu, Houquan; Deng, Hongchang; Xiong, Xianming; Yuan, Libo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
diseño e implementación de un módulo compacto de conteo de fotones individuales
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Módulo
Fotón único
Diodo de avalancha
Voltaje de polarización
Tiempo de retardo
Microcontrolador
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Se desarrolló en este trabajo un módulo compacto de conteo de fotones individuales que puede controlar con precisión el voltaje de polarización y el tiempo de retardo. El módulo es un sistema basado en un microcontrolador que consiste principalmente en un microcontrolador, un generador de voltaje negativo programable, un diodo de avalancha de fotones individuales basado en silicio y un circuito integrado activo de extinción y reinicio. El módulo tiene un tamaño de 3,8 cm x 3,6 cm x 2 cm y puede comunicarse con el usuario final y ser alimentado a través de un cable USB (5 V). En este módulo, el voltaje de polarización del diodo de avalancha de fotones individuales (SPAD) es controlable de manera precisa desde -14 V ~ -38 V y el tiempo de retardo (y por lo tanto el tiempo muerto) del SPAD se puede ajustar desde unos pocos nanosegundos hasta alrededor de 1,6 s con una resolución de ajuste de 6,5 ns. Los resultados experimentales muestran que el módulo logra un tiempo muerto mínimo de alrededor de 28,5 ns, dando una tasa de conteo de saturación de alrededor de 35 Mcounts/s. Los resultados también muestran que a un voltaje de polarización inversa controlado de 26,8 V, la tasa de conteo oscuro medida es de aproximadamente 300 cuentas/s y la fluctuación temporal medida es de alrededor de 158 ps. Las mediciones de probabilidad de fotodetección muestran que el módulo es adecuado para la detección de luz visible desde 450 nm hasta 800 nm con una eficiencia máxima de detección de fotones del 40% lograda alrededor de 600 nm.
Descripción
Se desarrolló en este trabajo un módulo compacto de conteo de fotones individuales que puede controlar con precisión el voltaje de polarización y el tiempo de retardo. El módulo es un sistema basado en un microcontrolador que consiste principalmente en un microcontrolador, un generador de voltaje negativo programable, un diodo de avalancha de fotones individuales basado en silicio y un circuito integrado activo de extinción y reinicio. El módulo tiene un tamaño de 3,8 cm x 3,6 cm x 2 cm y puede comunicarse con el usuario final y ser alimentado a través de un cable USB (5 V). En este módulo, el voltaje de polarización del diodo de avalancha de fotones individuales (SPAD) es controlable de manera precisa desde -14 V ~ -38 V y el tiempo de retardo (y por lo tanto el tiempo muerto) del SPAD se puede ajustar desde unos pocos nanosegundos hasta alrededor de 1,6 s con una resolución de ajuste de 6,5 ns. Los resultados experimentales muestran que el módulo logra un tiempo muerto mínimo de alrededor de 28,5 ns, dando una tasa de conteo de saturación de alrededor de 35 Mcounts/s. Los resultados también muestran que a un voltaje de polarización inversa controlado de 26,8 V, la tasa de conteo oscuro medida es de aproximadamente 300 cuentas/s y la fluctuación temporal medida es de alrededor de 158 ps. Las mediciones de probabilidad de fotodetección muestran que el módulo es adecuado para la detección de luz visible desde 450 nm hasta 800 nm con una eficiencia máxima de detección de fotones del 40% lograda alrededor de 600 nm.