home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / sci / physics / 23224 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1993-01-21  |  3.5 KB
  1. Path: sparky!uunet!gatech!usenet.ins.cwru.edu!agate!physics3!aephraim
  2. From: aephraim@physics3 (Aephraim M. Steinberg)
  3. Newsgroups: sci.physics
  4. Subject: Re: photon 'detectors' - how reliable?
  5. Date: 21 Jan 1993 19:24:39 GMT
  6. Organization: /etc/organization
  7. Lines: 61
  8. Message-ID: <1jmt9n$is8@agate.berkeley.edu>
  9. References: <wwadge.727584610@csr> <MERRITT.93Jan21103409@macro.bu.edu>
  10. NNTP-Posting-Host: physics3.berkeley.edu
  11.  
  12. In article <MERRITT.93Jan21103409@macro.bu.edu> merritt@macro.bu.edu (Sean Merritt) writes:
  13. >In article <wwadge.727584610@csr> wwadge@csr.UVic.CA (Bill  Wadge) writes:
  14. >
  15. >>
  16. >>    .. towards a detector which records every photon ..
  17. >>
  18. >>   Is this possible? Can one really build a device so sensitive that it will
  19. >>   detect 100% reliably every photon that enters it, and never
  20. >>   go off by accident?
  21. >
  22. >First, Bill if you are really interested in this stuff, get yourself an
  23. >Electro-Optics Handbook, put out by RCA(Solid State division, Electro
  24. >Optics and Devices division. This and your last question are fully
  25. >answered there.
  26. >
  27. > . . . . . . . 
  28. >
  29. >the parameters here are i and Popt. It is easy to see that you
  30. >can't hope to get 100% qe, infact real devices seldom do better
  31. >than 25%. I think the best photomultipliers are something less
  32.  
  33.  
  34. Sorry, in my earlier post I forgot to answer the "by accident" question.
  35. These detectors DO periodically go off by accident, primarily due to
  36. thermal fluctuations (this is why the devices are run cold, typically
  37. around -25C) and impurities in the semiconductors.  The resulting
  38. pulses are called "dark counts"-- by the way, your eye has much the same
  39. problem (it too acts as a single-photon detector in sufficiently low light,
  40. albeit of quite low efficiency.  I don't think anyone knows for certain
  41. how much of the efficiency problem is due to the intrinsic "quantum
  42. efficiency" of the cells in your retina and how much is due to geometric
  43. effects).  Typical APD's have dark count rates of 500 or 1000 counts per
  44. second, but can register 100s of thousands of real counts per second 
  45. before they start to saturate (and drop in efficiency).  The saturation
  46. is usually due to the speed of the electronics, and can therefore be
  47. pushed to higher count rates by building faster circuitry.
  48.  
  49. The SPCM's I mentioned are "super-low" impurity-level devices, so their
  50. dark count rates are as low as 50 counts per second.  (They too begin
  51. to saturate around 100,000 cps, but they currently have comparitively
  52. slow electronics, which should change soon.  The APD operates in a 
  53. "metastable" state like a supercooled liquid-- it is held above the 
  54. diode's breakdown voltage, but cold enough that it takes about 20ms for 
  55. the breakdown to occur.  A single photon is usually sufficient to trigger
  56. an avalanche of electron-hole pair-production, which yields a macroscopically
  57. detectable current.  After the avalanche, the device needs to be "reset,"
  58. or "quenched," and the speed with which this is done determines the
  59. saturation level.  The time of detection, however, is accurate to
  60. something on the order of 100ps.)
  61.  
  62. Also, a lot of the losses in many of these detectors have to do with 
  63. reflections off the devices.  The effective efficiency can be improved
  64. by using the same trick that makes cats' eyes appear to glow: a mirror
  65. which gives the photons a "second chance" to be detected.
  66.  
  67.  
  68. -- 
  69. Aephraim M. Steinberg                    | "WHY must I treat the measuring
  70. UCB Physics                              | device classically??  What will
  71. aephraim@physics.berkeley.edu            | happen to me if I don't??"
  72.                                          |       -- Eugene Wigner
  73.