Pojedynczy fotonFotodetektor InGaAs
Dzięki szybkiemu rozwojowi technologii LiDAR,wykrywanie światłatechnologia i technologia pomiaru odległości stosowana w technologii obrazowania automatycznego śledzenia pojazdów również mają wyższe wymagania, czułość i rozdzielczość czasowa detektora stosowanego w tradycyjnej technologii wykrywania przy słabym świetle nie mogą sprostać rzeczywistym potrzebom. Pojedynczy foton jest najmniejszą jednostką energii światła, a detektor ze zdolnością wykrywania pojedynczego fotonu jest ostatecznym narzędziem wykrywania przy słabym świetle. W porównaniu z InGaAsFotodetektor APD, detektory pojedynczych fotonów oparte na fotodetektorze InGaAs APD mają większą szybkość reakcji, czułość i wydajność. Dlatego też przeprowadzono szereg badań nad detektorami pojedynczych fotonów fotodetektora IN-GAAS APD w kraju i za granicą.
Naukowcy z Uniwersytetu w Mediolanie we Włoszech po raz pierwszy opracowali dwuwymiarowy model symulujący przejściowe zachowanie pojedynczego fotonufotodetektor lawinowyw 1997 r. i podał wyniki symulacji numerycznej charakterystyk przejściowych pojedynczego fotodetektora lawinowego fotonów. Następnie w 2006 r. badacze wykorzystali MOCVD do przygotowania płaskiego modelu geometrycznegoFotodetektor InGaAs APDdetektor pojedynczego fotonu, który zwiększył wydajność detekcji pojedynczego fotonu do 10% poprzez zmniejszenie warstwy odblaskowej i wzmocnienie pola elektrycznego na heterogenicznym interfejsie. W 2014 roku, poprzez dalszą poprawę warunków dyfuzji cynku i optymalizację struktury pionowej, detektor pojedynczego fotonu ma wyższą wydajność detekcji, do 30%, i osiąga drgania czasowe około 87 ps. W 2016 roku SANZARO M i in. zintegrowali detektor pojedynczego fotonu fotodetektora InGaAs APD z monolitycznym zintegrowanym rezystorem, zaprojektowali kompaktowy moduł zliczający pojedyncze fotony oparty na detektorze i zaproponowali hybrydową metodę wygaszania, która znacznie zmniejszyła ładunek lawinowy, zmniejszając w ten sposób przesłuchy poimpulsowe i optyczne oraz zmniejszając drgania czasowe do 70 ps. W tym samym czasie inne grupy badawcze również przeprowadziły badania nad InGaAs APDfotodetektordetektor pojedynczego fotonu. Na przykład Princeton Lightwave zaprojektował detektor pojedynczego fotonu InGaAs/InPAPD o strukturze planarnej i wprowadził go do użytku komercyjnego. Instytut Fizyki Technicznej w Szanghaju przetestował wydajność pojedynczego fotonu fotodetektora APD, usuwając osady cynku i pojemnościowy zrównoważony tryb impulsowy bramki z liczbą ciemnych impulsów 3,6 × 10 ⁻⁴/ns przy częstotliwości impulsów 1,5 MHz. Joseph P i in. zaprojektowali detektor pojedynczego fotonu fotodetektora APD InGaAs o strukturze mesa z szerszą przerwą pasmową i użyli InGaAsP jako materiału warstwy absorbującej, aby uzyskać niższą liczbę ciemnych impulsów bez wpływu na wydajność wykrywania.
Tryb pracy pojedynczego fotonu detektora fotodetektora InGaAs APD to tryb pracy swobodnej, to znaczy, że fotodetektor APD musi wygasić obwód peryferyjny po wystąpieniu lawiny i odzyskać stan po wygaszeniu przez pewien czas. Aby zmniejszyć wpływ czasu opóźnienia wygaszania, dzieli się go na dwa typy: Jeden polega na użyciu pasywnego lub aktywnego obwodu wygaszania w celu osiągnięcia wygaszania, takiego jak aktywny obwód wygaszania używany przez R Thew itp. Rysunek (a), (b) to uproszczony schemat elektronicznego sterowania i aktywnego obwodu wygaszania oraz jego połączenia z fotodetektorem APD, który został opracowany do pracy w trybie bramkowanym lub swobodnym, znacznie redukując wcześniej niezrealizowany problem post-impulsu. Ponadto wydajność wykrywania przy 1550 nm wynosi 10%, a prawdopodobieństwo post-impulsu jest zmniejszone do mniej niż 1%. Drugim jest realizacja szybkiego wygaszania i odzyskiwania poprzez kontrolowanie poziomu napięcia polaryzacji. Ponieważ nie zależy to od kontroli sprzężenia zwrotnego impulsu lawinowego, czas opóźnienia gaszenia jest znacznie zmniejszony, a wydajność detekcji detektora jest poprawiona. Na przykład LC Comandar i in. używają trybu bramkowanego. Przygotowano bramkowany detektor pojedynczego fotonu oparty na InGaAs/InPAPD. Wydajność detekcji pojedynczego fotonu wynosiła ponad 55% przy 1550 nm, a prawdopodobieństwo po impulsie wynosiło 7%. Na tej podstawie Uniwersytet Nauki i Technologii Chin stworzył system lidarowy wykorzystujący światłowód wielomodowy jednocześnie sprzężony z detektorem pojedynczego fotonu z fotodetektorem InGaAs APD w trybie swobodnym. Sprzęt eksperymentalny pokazano na rysunku (c) i (d), a detekcja wielowarstwowych chmur o wysokości 12 km jest realizowana z rozdzielczością czasową 1 s i rozdzielczością przestrzenną 15 m.
Czas publikacji: 07-05-2024