Могу ли я поймать один фотон с помощью датчиков CMOS или CCD веб-камеры?

Я подумал, что было бы неплохо снимать отдельные фотоны с помощью датчика веб-камеры из-за простоты.

Я читал, что датчики ПЗС и КМОП имеют определенный процент квантовой эффективности. Что насчет датчиков веб-камеры? Можно ли поймать одиночные фотоны, испускаемые лазером, с помощью веб-камеры?

Вы можете «поймать» одиночные фотоны куском темного картона, просто вы не сможете сказать, что они у вас есть. То же самое верно и для низкоуровневого датчика, уровень шума которого в лучшем случае составляет, вероятно, 10 фотонов. По-настоящему хорошая потребительская камера стоит немного меньше. Если вы хотите перейти на 2-3 фотона, то вам нужно охладить датчик. Для одиночных фотонов вам действительно понадобятся ФЭУ или усилители изображения с микроканальными пластинами.
Я только что посмотрел на рынок однофотонных ПЗС-камер, и кажется, что в настоящее время существует несколько марок коммерчески доступных ПЗС-камер с < 1 е − шум считывания и квантовая эффективность 90%, что является одним из способов добраться туда, куда вы хотите. Эти камеры охлаждаются до прибл. -100 градусов по Цельсию внутри, и они имеют оптимизированные ПЗС-датчики, которые как бы подсказывают вам, что вам нужно сделать, чтобы достичь этого.

Ответы (2)

Во-первых, в веб-камерах используются датчики CCD или CMOS, обычно в зависимости от того, какой чип самый дешевый на данный момент.

Вы можете поймать фотоны, но ненадежно. Другими словами, на каждый пойманный вами фотон приходится несколько упущенных. Также будет шумовой сигнал, обычно эквивалентный множеству фотонов.

Рассмотрим датчик CCD. Когда прилетает фотон, он может успешно возбудить электрон, который затем попадает в яму. С другой стороны, если он попадает на датчик не в том месте или не поглощается достаточно близко к лунке, тогда его электрон теряется, и сигнал не остается. При этом будут электроны, которые из-за случайного теплового возбуждения окажутся в яме, хотя фотона и не было. Это называется темновым током, и он добавляет шум к изображению. Его можно уменьшить, охладив датчик. Датчик также должен преобразовывать электроны, захваченные в яме, в электрический сигнал. Этот процесс также добавляет шум.

Есть несколько способов улучшить отношение сигнал/шум, но все они стоят денег. Например, утонченные ПЗС-матрицы с задней подсветкой повышают эффективность сбора фотонов. Усиленный ПЗС-датчик изображения , называемый ICCD, усиливает световой сигнал до того, как он достигнет ПЗС-сенсора. ПЗС -матрица с электронным умножением или EMCCD имеет электрический усилитель, который более чувствителен к одиночным электронам.

Технологии значительно изменились с тех пор, как был опубликован этот вопрос. Технология Skipper CCD реализует рекурсивный неразрушающий усилитель считывания, который позволяет считывать шум субэлектронного заряда с однофотонной чувствительностью и высокой эффективностью обнаружения (выше ширины запрещенной зоны кремния). Для получения более подробной информации вы можете проверить этот документ https://arxiv.org/abs/1706.00028

Могу ли я поймать один фотон с помощью датчиков CMOS или CCD веб-камеры?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v