Pojedynczy fotonFotodetektor InGaAs
Wraz z szybkim rozwojem 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 oświetleniu nie są w stanie sprostać rzeczywistym potrzebom. Pojedynczy foton jest najmniejszą jednostką energii światła, a detektor z możliwością detekcji pojedynczych fotonów jest ostatecznym narzędziem detekcji przy słabym oświetleniu. W porównaniu z InGaAsFotodetektor APD, detektory jednofotonowe oparte na fotodetektorze InGaAs APD charakteryzują się większą szybkością reakcji, czułością i wydajnością. W związku z tym przeprowadzono szereg badań w kraju i za granicą nad fotodetektorami fotodetektorów APD firmy IN-GAAS.
Naukowcy z Uniwersytetu w Mediolanie we Włoszech najpierw opracowali dwuwymiarowy model symulujący przejściowe zachowanie pojedynczego fotonufotodetektor lawinowyw 1997 r. i dał wyniki symulacji numerycznej charakterystyk przejściowych pojedynczego fotonowego fotodetektora lawinowego. Następnie w 2006 roku badacze wykorzystali MOCVD do przygotowania płaskiej geometriiFotodetektor InGaAs APDdetektor pojedynczych fotonów, który zwiększył skuteczność detekcji pojedynczych fotonów do 10% poprzez redukcję warstwy odblaskowej i wzmocnienie pola elektrycznego na heterogenicznej granicy faz. W 2014 roku, dzięki dalszej poprawie warunków dyfuzji cynku i optymalizacji struktury pionowej, detektor jednofotonowy uzyskał wyższą skuteczność detekcji, aż do 30%, i osiągnął jitter czasowy około 87 ps. W 2016 r. SANZARO M i in. zintegrował fotodetektor fotodetektorowy InGaAs APD z monolitycznym zintegrowanym rezystorem, zaprojektował kompaktowy moduł zliczający pojedyncze fotony oparty na detektorze i zaproponował hybrydową metodę gaszenia, która znacznie zmniejszyła ładunek lawinowy, redukując w ten sposób przesłuch poimpulsowy i optyczny, oraz redukcja jittera taktowania do 70 ps. W tym samym czasie inne grupy badawcze również prowadziły badania nad APD InGaAsfotodetektordetektor pojedynczego fotonu. Na przykład firma Princeton Lightwave zaprojektowała detektor pojedynczych fotonów InGaAs/InPAPD o płaskiej strukturze i wprowadziła go do użytku komercyjnego. Instytut Fizyki Technicznej w Szanghaju przetestował działanie pojedynczego fotonu fotodetektora APD przy użyciu usuwania osadów cynku i trybu impulsu zrównoważonej bramki pojemnościowej z licznikiem ciemności wynoszącym 3,6 × 10 ⁻⁴/ns impulsu przy częstotliwości impulsu 1,5 MHz. Józef P. i in. zaprojektował fotodetektor pojedynczych fotonów InGaAs APD o strukturze mesa z szerszym pasmem wzbronionym i zastosował InGaAsP jako materiał warstwy absorbującej, aby uzyskać niższą liczbę ciemnych bez wpływu na skuteczność detekcji.
Tryb pracy fotodetektora fotodetektora InGaAs APD to tryb pracy swobodnej, co oznacza, że fotodetektor APD po wystąpieniu lawiny musi wygaszać obwód obwodowy i regenerować się po wygaszeniu przez pewien czas. Aby zmniejszyć wpływ czasu opóźnienia hartowania, dzieli się go z grubsza na dwa typy: Jeden polega na zastosowaniu pasywnego lub aktywnego obwodu hartowania w celu osiągnięcia hartowania, takiego jak aktywny obwód hartowania używany przez R Thew itp. Rysunek (a) , (b) to uproszczony schemat elektronicznego układu sterującego i aktywnego gaszenia oraz jego połączenia z fotodetektorem APD, który został opracowany do pracy w trybie bramkowanym lub swobodnym, znacznie redukując niezrealizowany wcześniej problem poimpulsowy. Co więcej, skuteczność detekcji przy 1550 nm wynosi 10%, a prawdopodobieństwo wystąpienia impulsu końcowego jest zmniejszone do mniej niż 1%. Drugim jest realizacja szybkiego hartowania i odzyskiwania poprzez kontrolowanie poziomu napięcia polaryzacji. Ponieważ nie zależy to od kontroli sprzężenia zwrotnego impulsu lawinowego, czas opóźnienia wygaszania jest znacznie skrócony i poprawia się skuteczność detekcji detektora. Na przykład LC Comandar i wsp. używają trybu bramkowanego. Przygotowano bramkowany detektor pojedynczych fotonów oparty na InGaAs/InPAPD. Skuteczność detekcji pojedynczych fotonów wyniosła ponad 55% przy 1550 nm, a prawdopodobieństwo po impulsie osiągnięto na poziomie 7%. Na tej podstawie na Uniwersytecie Naukowo-Technologicznym w Chinach powstał system LiDAR wykorzystujący światłowód wielomodowy jednocześnie sprzężony z fotodetektorem jednofotonowym InGaAs APD w trybie swobodnym. Sprzęt doświadczalny przedstawiono na rysunkach (c) i (d), a detekcja chmur wielowarstwowych o wysokości 12 km realizowana jest z rozdzielczością czasową 1 s i rozdzielczością przestrzenną 15 m.
Czas publikacji: 7 maja 2024 r