可見光多像素光子計(jì)數(shù)器（MPPC）的工作原理基于光電效應(yīng)，即光子與光敏材料相互作用，激發(fā)材料中的自由電子形成電流。具體來說，MPPC由多個(gè)單獨(dú)硅基雪崩光電二極管（APD）像素單元并聯(lián)而成，當(dāng)光子進(jìn)入MPPC后，會(huì)與硅基APD發(fā)生相互作用，釋放出的自由電子在APD內(nèi)部形成電流。這些電流經(jīng)過電路處理，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)光子數(shù)量的精確計(jì)數(shù)和記錄。

實(shí)現(xiàn)超高靈敏度的關(guān)鍵技術(shù)

雪崩倍增效應(yīng)：MPPC利用APD的雪崩倍增效應(yīng)，將單個(gè)光子產(chǎn)生的微弱電流放大到可檢測(cè)的水平。當(dāng)光子被APD吸收后，釋放出的電子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下發(fā)生碰撞電離，產(chǎn)生更多的電子，這些電子繼續(xù)碰撞電離，形成雪崩電流。通過合理設(shè)計(jì)APD的結(jié)構(gòu)和偏置電壓，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雪崩電流的精確控制，從而提高探測(cè)靈敏度。

門控抑制技術(shù)：為了提高M(jìn)PPC的高速探測(cè)能力并改善光子數(shù)分辨特性，研究人員采用了門控抑制技術(shù)。通過將門控信號(hào)加載在MPPC上，利用門控信號(hào)控制APD兩端的偏置電壓，實(shí)現(xiàn)雪崩信號(hào)的有效淬滅和恢復(fù)。門控抑制技術(shù)還可以有效抑制MPPC的容性尖峰噪聲，提高信噪比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱光子信號(hào)的精確探測(cè)。

噪聲抑制技術(shù)：MPPC作為容性器件，在門控信號(hào)充放電過程中會(huì)產(chǎn)生尖峰噪聲，影響探測(cè)靈敏度。為了抑制尖峰噪聲，研究人員采用了自平衡、正弦門控、頻譜濾波等多種噪聲抑制技術(shù)。這些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)噪聲抑制比30 dB以上的高性能探測(cè)，明顯提高M(jìn)PPC的探測(cè)靈敏度。

后續(xù)電路處理：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)雪崩信號(hào)的精確提取和計(jì)數(shù)，MPPC的輸出信號(hào)需要經(jīng)過后續(xù)電路處理。例如，使用高通濾波器濾除低頻噪聲，使用基線校正對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)，以及使用高速示波器對(duì)輸出波形進(jìn)行監(jiān)測(cè)等。這些處理措施可以確保雪崩信號(hào)的完整性和準(zhǔn)確性，從而提高M(jìn)PPC的探測(cè)靈敏度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用門控抑制技術(shù)和噪聲抑制技術(shù)的MPPC，在200 MHz門控信號(hào)下，實(shí)現(xiàn)了40 MHz重復(fù)頻率激光下14個(gè)光子的有效分辨，平均每脈沖光子數(shù)高達(dá)6.8。與被動(dòng)抑制模式相比，正弦門控模式下的光子數(shù)分辨效果得到了明顯改善。這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分驗(yàn)證了MPPC在實(shí)現(xiàn)超高靈敏度光子探測(cè)方面的優(yōu)異性能。

綜上所述，可見光多像素光子計(jì)數(shù)器（MPPC）通過利用雪崩倍增效應(yīng)、門控抑制技術(shù)、噪聲抑制技術(shù)以及后續(xù)電路處理等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超高靈敏度的光子探測(cè)。這些技術(shù)不僅提高了MPPC的探測(cè)靈敏度，還改善了其光子數(shù)分辨特性和高速探測(cè)能力。

上海朗研光電科技有限公司是一家從事超靈敏光電探測(cè)設(shè)備和高階光纖激光器生產(chǎn)研發(fā)的技術(shù)企業(yè)，多項(xiàng)產(chǎn)品獲國家部門的高新技術(shù)認(rèn)定，目前共獲三十余項(xiàng)國家發(fā)明專利。公司具備齊全的光電測(cè)試設(shè)備和多條裝配生產(chǎn)線，擁有高度精英化的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過多年積累，研發(fā)生產(chǎn)的單光子探測(cè)器、光纖激光器等系列產(chǎn)品，其性能指標(biāo)達(dá)到國際前沿水平。

如果您想了解更多，歡迎來電交流。