Перегляд вихідного коду сторінки Підрахунок фотонів

У Вас нема дозволу на редагування цієї сторінки з такої причини:

Ваша IP-адреса знаходиться в діапазоні, який заблоковано у всіх вікі Фонду Вікімедіа.

Блокування зроблено ‪EPIC‬. Причиною вказано Open proxy/Webhost: See the help page if you are affected.

Початок блокування: 08:48, 2 липня 2024
Закінчення блокування: 08:48, 2 липня 2025

Ваша поточна IP-адреса: 206.189.44.186. Заблокований діапазон — 206.189.32.0/20.

Будь ласка, додайте всі вказані подробиці до будь-яких запитів, які Ви будете робити. Якщо ви вважаєте, що вас заблокували помилково, ви можете знайти додаткову інформацію та інструкції в глобальній політиці Без відкритих проксі.

В іншому випадку, щоб обговорити блокування, будь ласка, опублікуйте запит на розгляд на Мета-вікі. Ви також можете надіслати електронний лист до VRT-черги стюардів за адресою stewards@wikimedia.org, вказавши усю вищезазначену інформацію.

Ви можете переглянути та скопіювати вихідний текст цієї сторінки:

[[Файл:Prototype_photon_counting_system,_c_1980s._(9660571969).jpg|міні|Прототип однофотонного детектора, який був використаний на 200-дюймовому [[Телескоп Гейла|телескопі Гейла]]. [[Габбл (телескоп)|Космічний телескоп Габбл]] має подібний детектор.]]

'''Підрахунок фотонів'''&nbsp;— це техніка, при якій індивідуальні [[фотони]] підраховуються за допомогою '''детектора одиничних фотонів'''(ДОФ). На відміну від звичайного фотодетектора, який генерує аналоговий сигнал, пропорційний [[Потік векторного поля|потоку фотонів]], однофотонний детектор видає імпульс сигналу кожного разу, коли виявляється фотон. Підраховується загальна кількість імпульсів (але не їх амплітуда), що дає ціле число виявлених фотонів за період вимірювання. {{Не перекладено|Ефективність підрахунку||en|Counting efficiency}} визначається [[Квантова ефективність|квантовою ефективністю]] та будь-якими електронними втратами, які присутні в системі.

Багато [[Фотодавач|фотоприймачів]] можна налаштувати на виявлення окремих фотонів, кожен з яких має відносні переваги та недоліки.<ref name="marsili">{{cite press release|author=<!--Staff writer(s); no by-line.-->|title=High Efficiency in the Fastest Single-Photon Detector System|url=https://www.nist.gov/pml/div686/manufacturing/high-efficiency-single-photon-detector.cfm|publisher=[[National Institute of Standards and Technology]]|date=19 лютого 2013|access-date=2018-10-11|archive-date=12 вересня 2015|archive-url=https://web.archive.org/web/20150912091001/http://www.nist.gov/pml/div686/manufacturing/high-efficiency-single-photon-detector.cfm}}</ref><ref>{{cite journal|last=Hadfield|first=RH|date=2009|title=Single-photon detectors for optical quantum information applications|journal=Nature Photonics|volume=3|issue=12|page=696|bibcode=2009NaPho...3..696H|doi=10.1038/nphoton.2009.230}}</ref> До загальних типів належать [[Фотоелектронний помножувач|фотоелектронні помножувачі]], [[Лічильник Гейгера|лічильники Гейгера]], {{Не перекладено|Однофотонний лавинний діод|однофотонні лавинні діоди|en|Single-photon avalanche diode}}, [[Детектор одиничних фотонів на основі надпровідних нанодротів|детектори одиничних фотонів на основі надпровідних нанодротів]], {{Не перекладено|Давач на крайовому переході|давачі на крайовому переході|en|Transition-edge sensor}}, та [[сцинтиляційні лічильники]]. [[Прилад із зарядовим зв'язком|Прилади із зарядовим зв'язком]] також іноді можна використовувати.

== Переваги ==
Підрахунок фотонів усуває шум підсилення, де константа пропорційності між вихідним аналоговим сигналом і кількістю фотонів змінюється випадково. Таким чином, коефіцієнт шуму викидів детектора підрахунку фотонів дорівнює одиниці, а досяжне [[Співвідношення сигнал/шум|відношення сигнал / шум]] для фіксованої кількості фотонів зазвичай буде вищим, ніж якби той самий детектор працював підрахунок фотонів.<ref>{{Cite web|last=K.K|first=Hamamatsu Photonics|title=Detection Questions & Answers|url=https://hub.hamamatsu.com/us/en/ask-engineer/detection-questions-and-answers/index.html|access-date=2020-08-14|website=hub.hamamatsu.com|language=en}}</ref>

Підрахунок фотонів може покращити {{Не перекладено|Роздільна здатність у часі|роздільну здатність у часі|en|Temporal resolution}}. У звичайному детекторі кілька фотонів, що надходять, генерують перекриття [[Імпульсна характеристика|імпульсних відгуків]], обмежуючи часову роздільну здатність приблизно до часу спрацювання детектора. Однак, якщо відомо, що був виявлений одиночний фотон, можна оцінити центр імпульсної реакції, щоб точно визначити час надходження фотона. Використовуючи корельований за часом підрахунок фотонів, часову роздільну здатність менше 25 пс було продемонстровано за допомогою детекторів з часом спрацювання більше ніж у 20 разів довшим.<ref>{{cite web|title=Fast-Acquisition TCSPC FLIM System with sub-25 ps IRF Width|url=https://www.photonicsolutions.co.uk/upfiles/FastAcquisitionTCSPCFLIMSystemApplicationNoteLG21Jun18.pdf|publisher=Becker and Hickl|accessdate=17 серпня 2020}}</ref>

== Недоліки ==
Однофотонні детектори, як правило, обмежуються виявленням по одному окремому фотону за раз, і для скидання може знадобитися «мертвий час» між подіями виявлення. Якщо протягом цього інтервалу надходять додаткові фотони, можливе їх може невиявлення. Отже, максимальна кількість світла [[Опроміненість|інтенсивність]], яку можна точно підрахувати, як правило, дуже низька. Зображення або вимірювання, що складаються з низької кількості фотонів, мають внутрішньо низьке [[Співвідношення сигнал/шум|відношення сигнал / шум]] через [[дробовий шум]], спричинений тим, що випадково змінюється кількість випромінюваних фотонів. Цей ефект менш виражений у звичайних детекторах, які можуть одночасно виявляти велику кількість фотонів, ��ом'якшуючи дробовий шум. Тому відношення сигнал / шум з підрахунком фотонів, як правило, набагато нижче, ніж при звичайному виявленні, і отримання корисних зображень може вимагати дуже тривалого часу для накопичення фотонів.

== Застосування ==
Використання однофотонних детекторів корисно в багатьох сферах, зокрема

* [[оптоволоконний зв'язок]],
* [[квантова інформатика]],
* [[Квантове розповсюдження ключа|квантове шифрування]],
* [[медична візуалізація]],
* [[Лідар|виявлення та вимірювання дальності за допомогою світла]],
* [[секвенування ДНК]],
* [[астрофізика]], і
* [[матеріалознавство]].<ref name="marsili" />

=== Медицина ===
У [[Радіологія|радіології]] одним з основних недоліків [[Радіографія|рентгенівського зображення]] є негативний вплив [[Іонізуюче випромінювання|іонізуючого випромінювання]]. Незважаючи на те, що ризик невеликого опромінення (яке використовується у більшості медичних знімків) вважається дуже малим, завжди застосовується принцип [[Радіаційний захист|радіаційного захисту]] «настільки низько, наскільки це можливо» ({{Не перекладено|ALARP||en|ALARP}}). Одним із способів зменшення експозиції є зробити {{Не перекладено|Детектор рентгенівського випромінювання|рентгенівські детектори|en|X-ray detector}} максимально ефективними, щоб можна було використовувати нижчі дози для однакової якості діагностичного зображення. Детектори для підрахунку фотонів можуть допомогти завдяки їх здатності легше відкидати шум та іншим перевагам порівняно із звичайними інтегруючими (підсумовуючими) детекторами.<ref>{{cite book
|url=https://books.google.com/books?id=7wYZCwAAQBAJ
|title=Radiation Detectors for Medical Imaging
|last1=Shikhaliev
|first1=M
|date=2015
|publisher=CRC Press
|location=Boca Raton, FL
|pages=2–21
|chapter=Medical X-ray and CT Imaging with Photon-Counting Detectors
|isbn=9781498766821
|editor1-last=Iwanczyk
|editor1-first=Jan S.
|accessdate=22 січня 2021
|archive-date=26 квітня 2021
|archive-url=https://web.archive.org/web/20210426202534/https://books.google.com/books?id=7wYZCwAAQBAJ
}}</ref><ref name="vision20/20">{{cite journal|last1=Taguchi|first1=Katsuyuki|last2=Iwanczyk|first2=Jan S.|date=12 вересня 2013|title=Vision 20/20: Single photon counting x-ray detectors in medical imaging|journal=Medical Physics|volume=40|issue=10|pages=100901|bibcode=2013MedPh..40j0901T|doi=10.1118/1.4820371|pmc=3786515|pmid=24089889}}</ref>

Мамографія з підрахунком фотонів була представлена в комерційній галузі в 2003 році. Хоча такі системи не широко поширені, є деякі дані про здатність виробляти порівнянні зображення при приблизно 40&nbsp;% меншій дозі для пацієнта, ніж інші цифрові мамографічні системи з {{Не перекладено|Плоско-панельний детектор|плоско-панельним детектором|en|Flat-panel detector}} .<ref>{{cite journal|last1=McCullagh|first1=J B|last2=Baldelli|first2=P|last3=Phelan|first3=N|date=November 2011|title=Clinical dose performance of full field digital mammography in a breast screening programme|journal=The British Journal of Radiology|volume=84|issue=1007|pages=1027–1033|doi=10.1259/bjr/83821596|pmc=3473710|pmid=21586506}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Weigel|first1=Stefanie|last2=Berkemeyer|first2=Shoma|last3=Girnus|first3=Ralf|last4=Sommer|first4=Alexander|last5=Lenzen|first5=Horst|last6=Heindel|first6=Walter|date=May 2014|title=Digital Mammography Screening with Photon-counting Technique: Can a High Diagnostic Performance Be Realized at Low Mean Glandular Dose?|url=https://archive.org/details/sim_radiology_2014-05_271_2/page/345|journal=Radiology|volume=271|issue=2|pages=345–355|doi=10.1148/radiol.13131181|pmid=24495234|doi-access=free}}</ref> Потім була розроблена технологія для розрізнення енергій фотонів, так звана {{Не перекладено|спектральна візуалізація||en|Spectral imaging (radiography)}},<ref name="Berglund 031003">{{Cite journal|last1=Berglund|first1=Johan|last2=Johansson|first2=Henrik|last3=Lundqvist|first3=Mats|last4=Cederström|first4=Björn|last5=Fredenberg|first5=Erik|date=2014-08-28|title=Energy weighting improves dose efficiency in clinical practice: implementation on a spectral photon-counting mammography system|journal=Journal of Medical Imaging|volume=1|issue=3|pages=031003|doi=10.1117/1.JMI.1.3.031003|issn=2329-4302|pmc=4478791|pmid=26158045}}</ref><ref>{{cite book
|title=Electronics for Radiation Detection
|last1=Iwanczyk
|first1=Jan S
|last2=Barber
|first2=W C
|last3=Nygård
|first3=Einar
|last4=Malakhov
|first4=Nail
|last5=Hartsough
|first5=N E
|last6=Wessel
|first6=J C
|date=2018
|publisher=CRC Press
|chapter=Photon-Counting Energy-Dispersive Detector Arrays for X-Ray Imaging
|isbn=9781439858844
|editor1-last=Iniewski
|editor1-first=Krzysztof
|chapter-url=https://books.google.com/books?id=kgJ-DwAAQBAJ&pg=PT51
}}</ref><ref name="vision20/20" /> з можливістю подальшого покращення якості зображення,<ref name="Berglund 031003" /> та розрізнення різних типів тканин.<ref>{{Cite journal|last1=Fredenberg|first1=Erik|last2=Willsher|first2=Paula|last3=Moa|first3=Elin|last4=Dance|first4=David R|last5=Young|first5=Kenneth C|last6=Wallis|first6=Matthew G|date=2018-11-22|title=Measurement of breast-tissue x-ray attenuation by spectral imaging: fresh and fixed normal and malignant tissue|url=https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/289601|journal=Physics in Medicine & Biology|volume=63|issue=23|pages=235003|doi=10.1088/1361-6560/aaea83|issn=1361-6560|pmid=30465547|accessdate=22 січня 2021|archive-date=18 березня 2021|archive-url=https://web.archive.org/web/20210318181715/https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/289601}}</ref> {{Не перекладено|Комп’ютерна томографія з підрахунком фотонів||en|Photon-counting computed tomography}}&nbsp;— ще одна ключова сфера інтересів, яка швидко розвивається і знаходиться на межі придатності до рутинного клінічного використання.<ref>{{Cite journal|last1=Pourmorteza|first1=Amir|last2=Symons|first2=Rolf|last3=Sandfort|first3=Veit|last4=Mallek|first4=Marissa|last5=Fuld|first5=Matthew K.|last6=Henderson|first6=Gregory|last7=Jones|first7=Elizabeth C.|last8=Malayeri|first8=Ashkan A.|last9=Folio|first9=Les R.|date=April 2016|title=Abdominal Imaging with Contrast-enhanced Photon-counting CT: First Human Experience|journal=Radiology|volume=279|issue=1|pages=239–245|doi=10.1148/radiol.2016152601|issn=0033-8419|pmc=4820083|pmid=26840654|last10=Bluemke|first10=David A.}}</ref><ref>{{Cite web|title=First 3D colour X-ray of a human using CERN technology|url=https://home.cern/news/news/knowledge-sharing/first-3d-colour-x-ray-human-using-cern-technology|access-date=2020-11-23|website=CERN|language=en|archive-date=20 січня 2021|archive-url=https://web.archive.org/web/20210120042419/https://home.cern/news/news/knowledge-sharing/first-3d-colour-x-ray-human-using-cern-technology}}</ref><ref>{{Cite web|title=New 3D colour X-rays made possible with CERN technology|url=https://home.cern/news/news/knowledge-sharing/new-3d-colour-x-rays-made-possible-cern-technology|access-date=2020-11-23|website=CERN|language=en|archive-date=20 січня 2021|archive-url=https://web.archive.org/web/20210120034614/https://home.cern/news/news/knowledge-sharing/new-3d-colour-x-rays-made-possible-cern-technology}}</ref>

=== Флуоресцентна прижиттєва мікроскопія ===
{{Докладніше|{{не перекладено|Флуоресцентна прижиттєва мікроскопія|||Fluorescence-lifetime imaging microscopy}}}}
Корельований за часом підрахунок фотонів точно реєструє час прибуття окремих фотонів, дозволяючи вимірювати пікосекундні різниці в масштабі часу в моментах прибуття фотонів, генерованих [[Флюоресценція|флуоресценцією]], [[Фосфоресценція|фосфоресценцією]] або іншими хімічними процесами, що випромінюють світло, забезпечуючи додаткову молекулярну інформацію про зразки. Застосування корельованого за часом підрахунку фотонів дозволяє відносно повільним детекторам вимірювати надзвичайно незначні різниці в часі, які могли б бути затемнені перекриванням імпульсних реакцій, якщо одночасно падали кілька фотонів.

=== ЛІДАР ===
{{Докладніше|Лідар}}
Деякі імпульсні системи ЛІДАР працюють в режимі підрахунку одиничних фотонів за допомогою корельованого за часом підрахунку фотонів для досягнення більш високої роздільної здатності.

== Виміряні величини ==
Кількість фотонів, що спостерігаються за одиницю часу, дорівнює потоку фотонів. Потік фотонів на одиницю площі, якщо фотони падають на поверхню&nbsp;— це [[опроміненість]], або, якщо розглядається випромінювання фотонів із джерела широкої площі,&nbsp;— [[енергетична світність]]. Потік на одиницю [[Тілесний кут|тілесного кута]] дорівнює [[Сила випромінення|силі випромінення]]. Потік на одиницю площі джерела на одиницю тілесного кута&nbsp;— це [[енергетична яскравість]] .

== Див. також ==

* [[Джерело одиничних фотонів]]
* [[Лічильник фотонів видимого світла]]
* {{Не перекладено|Надшвидка лазерна спектроскопія#Корельований за часом підрахунок фотонів|Корельований за часом підрахунок фотонів|en|Ultrafast_laser_spectroscopy#Time-correlated_single_photon_counting}}
* {{Не перекладено|Наддискретизований двійковий датчик зображення||en|Oversampled binary image sensor}}

== Примітки ==
{{reflist|2}}
[[Категорія:Оптика]]
[[Категорія:Детектори елементарних частинок]]
[[Категорія:Фотоніка]]

Шаблони, використані на цій сторінці:

Шаблон:!(( (переглянути вихідний код) (захищено)
Шаблон:Cite book (переглянути вихідний код) (захищено)
Шаблон:Cite journal (переглянути вихідний код) (захищено)
Шаблон:Cite press release (переглянути вихідний код) (частково захищено)
Шаблон:Cite web (переглянути вихідний код) (захищено)
Шаблон:Column-count (переглянути вихідний код) (захищено)
Шаблон:Main (переглянути вихідний код) (захищено)
Шаблон:Main other (переглянути вихідний код) (захищено)
Шаблон:Reflist (переглянути вихідний код) (захищено)
Шаблон:Reflist/styles.css (переглянути вихідний код) (захищено)
Шаблон:Str find (переглянут�� вихідний код) (захищено)
Шаблон:Докладніше (переглянути вихідний код) (частково захищено)
Шаблон:Не перекладено (переглянути вихідний код) (захищено)
Модуль:Check for unknown parameters (переглянути вихідний код) (захищено)
Модуль:Citation/CS1 (переглянути вихідний код) (захищено)
Модуль:Citation/CS1/COinS (переглянути вихідний код) (захищено)
Модуль:Citation/CS1/Configuration (переглянути вихідний код) (захищено)
Модуль:Citation/CS1/Identifiers (переглянути вихідний код) (захищено)
Модуль:Citation/CS1/Utilities (переглянути вихідний код) (захищено)
Модуль:Citation/CS1/Whitelist (переглянути вихідний код) (захищено)
Модуль:Citation/CS1/styles.css (переглянути вихідний код) (захищено)
Модуль:String (переглянути вихідний код) (захищено)
Модуль:Не перекладено (переглянути вихідний код) (захищено)

Повернення до сторінки «Підрахунок фотонів».

Отримано з https://uk.wikipedia.org/wiki/Підрахунок_фотонів