Foton sayımı - Photon counting
.jpg)
Foton sayımı , tek tek fotonların bir tek foton detektörü (SPD) kullanılarak sayıldığı bir tekniktir . Foton akısıyla orantılı bir analog sinyal üreten normal bir foto detektörün aksine , bir tek foton detektörü, bir foton her algılandığında bir sinyal darbesi yayar. Toplam darbe sayısı (ancak genlikleri değil) sayılır ve ölçüm periyodu başına tespit edilen fotonların tam sayısını verir. Sayım etkinliği ile belirlenir kuantum verimi ve sistemde mevcut olan herhangi bir elektronik kayıpları.
Birçok fotodetektör , her biri göreceli avantajlara ve dezavantajlara sahip olan tek tek fotonları algılayacak şekilde yapılandırılabilir. Yaygın tipler arasında fotoçoğaltıcılar , geiger sayaçları , tek fotonlu çığ diyotları , süper iletken nanotel tek foton dedektörleri , geçiş kenarı sensörleri ve sintilasyon sayaçları bulunur . Bazen şarj bağlantılı cihazlar da kullanılabilir.
Avantajlar
Foton sayımı, analog sinyal çıkışı ile foton sayısı arasındaki orantılılık sabitinin rastgele değiştiği kazanç gürültüsünü ortadan kaldırır. Bu nedenle, bir foton sayma dedektörünün aşırı gürültü faktörü birliktir ve sabit sayıda foton için elde edilebilir sinyal-gürültü oranı , genellikle aynı dedektörün foton sayımı olmadan çalıştırılmasından daha yüksek olacaktır.
Foton sayımı, zamansal çözünürlüğü artırabilir . Geleneksel bir detektörde, çok sayıda gelen foton , zamansal çözünürlüğü yaklaşık olarak detektörün düşme süresi ile sınırlandıran üst üste binen dürtü tepkileri üretir . Bununla birlikte, tek bir fotonun tespit edildiği biliniyorsa, impuls yanıtının merkezi, fotonun varış zamanını kesin olarak belirlemek için değerlendirilebilir. Kullanma süresi dekorelasyon tek fotonlu sayım (TCSPC), en az 25 ps zamansal çözünürlüğü fazla 20 kat daha uzun bir düşme zamanı algılayıcılar kullanılarak gösterilmiştir.
Dezavantajları
Tek foton detektörleri tipik olarak bir seferde tek bir fotonu tespit etmekle sınırlıdır ve sıfırlamak için algılama olayları arasında bir "ölü zaman" gerektirebilir. Bu aralıkta ek fotonlar gelirse, tespit edilemeyebilirler. Bu nedenle, doğru bir şekilde sayılabilen maksimum ışık yoğunluğu tipik olarak çok düşüktür. Düşük sayıda fotondan oluşan görüntüler veya ölçümler , yayılan fotonların rastgele değişen sayılarının neden olduğu atış gürültüsünden dolayı doğal olarak düşük sinyal-gürültü oranına sahiptir . Bu etki, çok sayıda fotonu aynı anda algılayarak atış gürültüsünü azaltan geleneksel dedektörlerde daha az belirgindir. Bu nedenle, foton sayımıyla sinyal-gürültü oranı tipik olarak geleneksel saptamadan çok daha düşüktür ve kullanılabilir görüntülerin elde edilmesi, fotonları biriktirmek için çok uzun edinim süreleri gerektirebilir.
Başvurular
Tek foton tespiti, fiber-optik iletişim , kuantum bilgi bilimi , kuantum şifreleme , tıbbi görüntüleme , ışık tespiti ve aralığı , DNA sıralaması , astrofizik ve malzeme bilimi gibi birçok alanda kullanışlıdır .
İlaç
In radyoloji , önemli dezavantajlarından biri X-ışını görüntüleme yöntemlerinin olumsuz etkileri olan iyonize radyasyon . Küçük maruziyetlerden kaynaklanan riskin (çoğu tıbbi görüntülemede kullanıldığı gibi) çok küçük olduğu düşünülse de, radyasyondan korunma ilkesi "makul ölçüde uygulanabilir olduğu kadar düşük" ( ALARP ) her zaman uygulanır. Maruziyetleri azaltmanın bir yolu, X-ışını dedektörlerini olabildiğince verimli hale getirmektir , böylece aynı tanısal görüntü kalitesi için daha düşük dozlar kullanılabilir. Foton sayma dedektörleri, gürültüyü daha kolay reddetme yetenekleri ve geleneksel entegre (toplama) dedektörlerine kıyasla diğer avantajları nedeniyle yardımcı olabilir.
Foton sayımlı mamografi ticari olarak 2003 yılında piyasaya sürülmüştür. Bu tür sistemler yaygın olmasa da, hastaya diğer düz panel detektörlü dijital mamografi sistemlerinden yaklaşık% 40 daha düşük dozda karşılaştırılabilir görüntüler üretme yeteneklerine dair bazı kanıtlar vardır . Teknoloji daha sonra, görüntü kalitesini daha da iyileştirme ve farklı doku türleri arasında ayrım yapma olasılığı ile birlikte spektral görüntüleme adı verilen foton enerjileri arasında ayrım yapmak için geliştirildi. Foton sayan bilgisayarlı tomografi , hızla gelişen ve rutin klinik kullanım için uygun olma eşiğinde olan bir başka önemli ilgi alanıdır.
Floresan ömür boyu görüntüleme mikroskobu
Zamanla ilişkili tek foton sayımı ( TCSPC ), flüoresan , fosforesans veya ışık yayan diğer kimyasal işlemlerin ürettiği fotonların varış sürelerindeki pikosaniye zaman ölçeğindeki farklılıkların ölçülmesini sağlayarak ayrı ayrı fotonların varış zamanlarını hassas bir şekilde kaydederek ek moleküler bilgiler sağlar. örnekler hakkında. TCSPC'nin kullanımı, görece yavaş dedektörlerin, aynı anda birden fazla foton meydana gelmesi durumunda üst üste binen dürtü tepkileri tarafından engellenecek olan son derece küçük zaman farklarını ölçmelerine olanak tanır .
LIDAR
Bazı puls LIDAR sistemleri, daha yüksek çözünürlük elde etmek için TCSPC kullanarak tek foton sayma modunda çalışır.
Ölçülen miktarlar
Birim zamanda gözlemlenen foton sayısı foton akısıdır . Birim alan başına foton akısı foton ışıma fotonlar, bir yüzey üzerinde bir olay ya da eğer foton exitance geniş bir alan kaynağının foton emisyonu kabul ediliyor ise. Birim katı açı başına akı , foton yoğunluğudur . Birim katı açı başına birim kaynak alan başına akı, foton ışımasıdır . Bu miktarlar için SI birimleri aşağıdaki tabloda özetlenmiştir.
| Miktar | Birim | Boyut | Notlar | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| İsim Soyisim | Sembol | İsim Soyisim | Sembol | Sembol | ||||
| Foton enerjisi | n | 1 | Q enerjili n fotonların sayısı p = h ⋅ c / λ. | |||||
| Foton akışı | Φ q | saniyede say | s −1 | T −1 | birim zaman başına fotonlar, n = foton sayısı ile dn / d t . foton gücü olarak da adlandırılır . |
|||
| Foton yoğunluğu | ben | saniye başına steradyan sayı | sr -1 ⋅s -1 | T −1 | dn / g ω | |||
| Foton ışıltısı | L q | saniyede steradyan başına metrekare başına sayı | m −2 ⋅sr −1 ⋅s −1 | L −2 ⋅T −1 | d 2 n / (d bir cos (θ) dω) | |||
| Foton ışıması | E q | saniyede metrekare başına sayı | m −2 ⋅s −1 | L −2 ⋅T −1 | dn / dA | |||
| Foton çıkışı | M | saniyede metrekare başına sayı | m −2 ⋅s −1 | L −2 ⋅T −1 | dn / dA | |||
| Ayrıca bakınız: Foton sayımı · SI · Radyometri · Fotometri | ||||||||
Ayrıca bakınız
- Tek foton kaynağı
- Görünür ışık foton sayacı
- Geçiş kenarı sensörü
- Süper iletken nanotel tek foton dedektörü
- Zamanla ilişkili tek foton sayımı
- Yüksek hızda örneklenmiş ikili görüntü sensörü