Ультрачувствительный охотник за фотонами

Когда дело касается сканирования, учитывается каждый отдельный фотон, если есть доступный источник света.

Именно в этом последние технологии нередко заходят в тупик. Исследователи разработали диод, который способен считывать фотоны быстрее, чем когда-либо прежде.

Быстрые и ультрачувствительные оптические системы достигают растущей важности и используются в разнообразном диапазоне применений, например, в томографии в сфере медицины и биологии, а также в астрономии и разработке средств безопасности для автопрома. Часто проблема в том, чтобы суметь записать высококачественные изображения в условиях плохого освещения. Современные фотосенсоры для захвата изображений обычно расширяют свои границы в этом. Они часто работают со светочувствительными электронными компонентами, основанными на матрице CMOS (комплементарный металл-оксид-полупроводник) или матрице CCD (устройство с зарядовой связью). Проблема в том, что ни та, ни другая не способны гарантировать скоростную, высокочувствительную и высококачественную запись изображений, если имеется недостаток фотонов для считывания.

Ученые из института Фраунгофера совместно с партнерами усовершенствовали развитие технологии CMOS и запустили ультрачувствительный датчик изображений с этой технологией, основанной на однофотонном лавинном фотодиоде (SPAD). Его пиксельная структура способна сосчитать отдельные фотоны в пределах нескольких пикосекунд, и поэтому она в 1000 раз быстрее аналогов. Поскольку камера фиксирует даже отдельные фотоны, можно записывать изображения даже в условиях слабого освещения.

Камера инсталлирована в чип

Чтобы достичь цели, новый датчик изображения использует «внутренний лавинный аварийный эффект» — эффект фотоэлектрического увеличения. Количество „лавинных аварий“ соответствует числу фотонов, которые ударяют пиксели. Чтобы сосчитать эти события, каждый из пикселов сенсора сопровождается весьма точным цифровым счетчиком. Одновременно ученые применили к каждому чипу сенсора микролинзы, которые фокусируют поступающий луч на светочувствительную поверхность. Еще одно преимущество заключается в том, что обработка сигналов цифровых изображений уже возможна непосредственно на микрочипе, а потому пропадает необходимость в дополнительной аналоговой обработке сигнала.

„Датчик изображения — главный шаг к генерации и обработке цифровых изображений. Он позволяет нам использовать даже самые слабые источники света для получения фотографий. Новая технология инсталлирует камеру непосредственно на полупроводник, и способна трансформировать информацию из света в изображения намного быстрее“, заявил доктор Дэниел Дурини.

08.11.2012