2. Однофотонный лавинный фотодетектор

Однофотонный лавинный фотодетектор (ОЛФ) — устройство, предназначенное для регистрации одиночных квантов энергии электромагнитного поля оптического диапазона, а также ближней инфракрасной облаcти спектра (\lambda = 400-1000 нм). Принцип действия лавинного фотодетектора заключается в конвертации каждого прилетевшего фотона в каскад электронно-дырочных пар, порождающих друг друга внутри полупроводника, что создает лавинным образом нарастающий фототок.

Устройство работает следующим образом:
1) фотон, поглощаясь, переводит электрон в зону проводимости, при этом связанная с ним дырка остаётся в валентной зоне (на рис. процесс 1);
2) электрон ускоряется под действием дополнительного сильного электрического поля, создаваемого вокруг полупроводника внутри фотодетектора, тем самым увеличивая свою энергию относительно нижней части зоны проводимости;
3) процесс ускорения постоянно прерывается случайными столкновениями с решеткой, в которых электрон теряет часть энергии, но при этом может перевести другие электроны из валентной зоны в зону проводимости (на рис. процесс 2); они также начнут ускоряться за счет электрического поля;
4) связанные с электронами дырки внутри валентной зоны начинают ускоряться под действием того же поля, и соударяясь с атомами решетки, также могут стать причиной образования электронно-дырочных пар (на рис. процесс 3);
5) процессы ускорения и соударения являются конкурирующими, а потому рост фототока достигает насыщения.

Одной из основных характеристик ОЛФ является его квантовая эффективность, то есть число детектированных фотонов, отнесенное к числу прилетевших. Для ОЛФ квантовая эффективность считается хорошей, если она порядка 50%. В игре детекторы считаются идеальными, со 100% эффективностью.

В игре присутствует несколько светочувствительных элементов:

1) ОЛФ;

2) четырёхсторонний ОЛФ — четыре независимых ОЛФ, улавливающие фотонные импульсы с четырех сторон и объединенные в один элемент;

3) светочувствительная бомба (игровой элемент) — бомба с некоторой вероятностью взорвется, если на нее с любой стороны прилетит однофотонный импульс. Вероятность взрыва определяется вероятностью прилета фотона.