Fotodetektor pojedynczego fotonu InGaAs

Pojedynczy fotonFotodetektor InGaAs

Dzięki szybkiemu rozwojowi technologii LiDAR,wykrywanie światłaTechnologia i technologia pomiaru odległości wykorzystywane w obrazowaniu automatycznego śledzenia pojazdów również mają wyższe wymagania. Czułość i rozdzielczość czasowa detektora stosowanego w tradycyjnej technologii detekcji przy słabym oświetleniu nie spełniają rzeczywistych potrzeb. Pojedynczy foton to najmniejsza jednostka energii światła, a detektor z funkcją detekcji pojedynczego fotonu jest ostatecznym narzędziem detekcji przy słabym oświetleniu. W porównaniu z InGaAsFotodetektor APDDetektory pojedynczych fotonów oparte na fotodetektorze InGaAs APD charakteryzują się wyższą szybkością reakcji, czułością i wydajnością. Dlatego też przeprowadzono szereg badań nad detektorami pojedynczych fotonów opartymi na fotodetektorze IN-GAAS APD w kraju i za granicą.

Naukowcy z Uniwersytetu w Mediolanie we Włoszech jako pierwsi opracowali dwuwymiarowy model symulujący przejściowe zachowanie pojedynczego fotonufotodetektor lawinowyw 1997 roku i przedstawił wyniki symulacji numerycznej charakterystyki przejściowej fotodetektora lawinowego pojedynczego fotonu. Następnie w 2006 roku naukowcy wykorzystali metodę MOCVD do przygotowania płaskiego modelu geometrycznego.Fotodetektor InGaAs APDDetektor pojedynczego fotonu, który zwiększył wydajność detekcji pojedynczego fotonu do 10% poprzez redukcję warstwy odblaskowej i wzmocnienie pola elektrycznego na heterogenicznym interfejsie. W 2014 roku, dzięki dalszej poprawie warunków dyfuzji cynku i optymalizacji struktury pionowej, detektor pojedynczego fotonu uzyskał wyższą wydajność detekcji, sięgającą 30%, i osiągnął jitter czasowy około 87 ps. W 2016 roku SANZARO M i in. zintegrowali detektor pojedynczego fotonu z fotodetektorem InGaAs APD z monolitycznym rezystorem zintegrowanym, zaprojektowali kompaktowy moduł zliczający pojedyncze fotony oparty na tym detektorze i zaproponowali hybrydową metodę wygaszania, która znacznie zmniejszyła ładunek lawinowy, redukując w ten sposób przesłuchy poimpulsowe i optyczne oraz redukując jitter czasowy do 70 ps. W tym samym czasie inne grupy badawcze również prowadziły badania nad InGaAs APD.fotodetektorDetektor pojedynczych fotonów. Na przykład firma Princeton Lightwave zaprojektowała detektor pojedynczych fotonów InGaAs/InPAPD o strukturze planarnej i wprowadziła go do użytku komercyjnego. Szanghajski Instytut Fizyki Technicznej przetestował wydajność pojedynczego fotonu fotodetektora APD, usuwając osady cynku i wykorzystując pojemnościowy tryb impulsowy bramki zrównoważonej z liczbą ciemnych impulsów wynoszącą 3,6 × 10⁻⁴/ns i częstotliwością impulsów 1,5 MHz. Joseph P i in. zaprojektowali detektor pojedynczych fotonów fotodetektora APD InGaAs o strukturze mesa i szerszej przerwie energetycznej, wykorzystując InGaAsP jako materiał warstwy absorbującej, aby uzyskać niższą liczbę ciemnych impulsów bez wpływu na wydajność detekcji.

Tryb pracy detektora pojedynczego fotonu InGaAs APD to tryb pracy swobodnej, co oznacza, że ​​fotodetektor APD musi wygasić obwód peryferyjny po wystąpieniu lawiny i odzyskać sprawność po wygaszeniu przez pewien czas. Aby zmniejszyć wpływ opóźnienia wygaszania, tryb ten dzieli się na dwa typy: Pierwszy polega na użyciu pasywnego lub aktywnego układu wygaszania, takiego jak aktywny układ wygaszania używany przez R Thew itp. Rysunek (a), (b) przedstawia uproszczony schemat elektronicznego układu sterowania i aktywnego układu wygaszania oraz jego połączenia z fotodetektorem APD, który został opracowany do pracy w trybie bramkowanym lub swobodnym, co znacznie redukuje wcześniej niezauważony problem postimpulsu. Ponadto, wydajność detekcji przy 1550 nm wynosi 10%, a prawdopodobieństwo wystąpienia postimpulsu jest zredukowane do mniej niż 1%. Drugim trybem jest realizacja szybkiego wygaszania i odzyskiwania sprawności poprzez kontrolowanie poziomu napięcia polaryzacji. Ponieważ nie jest on zależny od kontroli sprzężenia zwrotnego impulsu lawinowego, czas opóźnienia wygaszania jest znacząco skrócony, a wydajność detekcji detektora jest poprawiona. Na przykład, LC Comandar i in. używają trybu bramkowanego. Przygotowano bramkowany detektor pojedynczych fotonów oparty na InGaAs/InPAPD. Wydajność detekcji pojedynczych fotonów wyniosła ponad 55% przy 1550 nm, a prawdopodobieństwo wystąpienia impulsu po impulsie wyniosło 7%. Na tej podstawie Uniwersytet Nauki i Technologii Chin zbudował system lidarowy wykorzystujący światłowód wielomodowy, jednocześnie sprzężony z detektorem pojedynczych fotonów z fotodetektorem InGaAs APD o swobodnym trybie. Sprzęt eksperymentalny pokazano na rysunku (c) i (d), a detekcja chmur wielowarstwowych o wysokości 12 km jest realizowana z rozdzielczością czasową 1 s i rozdzielczością przestrzenną 15 m.