Tek foton InGaAs fotodedektörü

Tek fotonInGaAs fotodedektörü

LiDAR'ın hızla gelişmesiyle birlikte,ışık algılamaOtomatik araç takip görüntüleme teknolojisinde kullanılan teknoloji ve mesafe ölçüm teknolojisi de daha yüksek gereksinimlere sahiptir; geleneksel düşük ışık algılama teknolojisinde kullanılan dedektörün hassasiyeti ve zaman çözünürlüğü gerçek ihtiyaçları karşılayamaz. Tek foton, ışığın en küçük enerji birimidir ve tek foton algılama yeteneğine sahip dedektör, düşük ışık algılamasının nihai aracıdır. InGaAs ile karşılaştırıldığındaAPD fotodedektörüInGaAs APD fotodetektör tabanlı tek foton dedektörleri daha yüksek tepki hızı, hassasiyet ve verimliliğe sahiptir. Bu nedenle, IN-GAAS APD fotodetektörlü tek foton dedektörleri üzerine yurt içinde ve yurt dışında bir dizi araştırma yürütülmektedir.

İtalya'daki Milano Üniversitesi'nden araştırmacılar, tek bir fotonun geçici davranışını simüle etmek için ilk kez iki boyutlu bir model geliştirdilerçığ fotodetektörü1997 yılında, tek fotonlu çığ fotodedektörünün geçici özelliklerine ilişkin sayısal simülasyon sonuçları verdiler. Ardından, 2006 yılında araştırmacılar, düzlemsel geometrik bir model hazırlamak için MOCVD kullandılar.InGaAs APD fotodedektörüTek foton dedektörü, yansıtıcı tabakayı azaltarak ve heterojen arayüzdeki elektrik alanını güçlendirerek tek foton algılama verimliliğini %10'a çıkardı. 2014 yılında, çinko difüzyon koşullarının daha da iyileştirilmesi ve dikey yapının optimize edilmesiyle, tek foton dedektörü %30'a kadar daha yüksek bir algılama verimliliğine sahip oldu ve yaklaşık 87 ps'lik bir zamanlama titreşimi elde etti. 2016 yılında, SANZARO M ve arkadaşları, InGaAs APD fotodetektör tek foton dedektörünü monolitik bir entegre dirençle entegre etti, dedektöre dayalı kompakt bir tek foton sayma modülü tasarladı ve çığ yükünü önemli ölçüde azaltan, böylece darbe sonrası ve optik çapraz konuşmayı azaltan ve zamanlama titreşimini 70 ps'ye düşüren bir hibrit söndürme yöntemi önerdi. Aynı zamanda, diğer araştırma grupları da InGaAs APD üzerine araştırmalar yürüttü.fotodedektörTek foton dedektörü. Örneğin, Princeton Lightwave, düzlemsel yapıya sahip InGaAs/InPAPD tek foton dedektörünü tasarlamış ve ticari kullanıma sunmuştur. Şanghay Teknik Fizik Enstitüsü, çinko tortularının giderilmesi ve 1,5 MHz darbe frekansında 3,6 × 10 ⁻⁴/ns darbe karanlık sayımıyla kapasitif dengeli kapı darbe modu kullanılarak APD fotodedektörün tek foton performansını test etmiştir. Joseph P ve arkadaşları, daha geniş bant aralığına sahip mesa yapılı InGaAs APD fotodedektörü tek foton dedektörü tasarlamış ve algılama verimliliğini etkilemeden daha düşük bir karanlık sayım elde etmek için soğurucu katman malzemesi olarak InGaAsP kullanmıştır.

InGaAs APD fotodedektörü tek foton dedektörünün çalışma modu serbest çalışma modudur; yani APD fotodedektörü çığ oluştuktan sonra çevresel devreyi söndürmeli ve bir süre söndürmeden sonra tekrar eski haline dönmelidir. Söndürme gecikme süresinin etkisini azaltmak için kabaca iki türe ayrılır: Birincisi, söndürmeyi sağlamak için pasif veya aktif söndürme devresi kullanmaktır; örneğin R Thew tarafından kullanılan aktif söndürme devresi vb. Şekil (a), (b), elektronik kontrol ve aktif söndürme devresinin ve kapılı veya serbest çalışma modunda çalışacak şekilde geliştirilen APD fotodedektörüyle bağlantısının basitleştirilmiş bir diyagramıdır; bu sayede daha önce fark edilmemiş darbe sonrası sorununu önemli ölçüde azaltır. Dahası, 1550 nm'de algılama verimliliği %10'dur ve darbe sonrası olasılığı %1'in altına düşürülmüştür. İkincisi, öngerilim voltajı seviyesini kontrol ederek hızlı söndürme ve kurtarma sağlamaktır. Çığ darbesinin geri besleme kontrolüne bağlı olmadığından, söndürme gecikme süresi önemli ölçüde azalır ve dedektörün algılama verimliliği artar. Örneğin, LC Comandar ve arkadaşları kapılı modu kullanır. InGaAs/InPAPD tabanlı bir kapılı tek foton dedektörü hazırlanmıştır. Tek foton algılama verimliliği 1550 nm'de %55'in üzerindeydi ve %7'lik darbe sonrası olasılık elde edildi. Bu temelde, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, aynı anda serbest modlu bir InGaAs APD fotodetektör tek foton dedektörü ile birleştirilmiş çok modlu fiber kullanan bir LIDAR sistemi kurdu. Deneysel ekipman Şekil (c) ve (d)'de gösterilmiştir ve 12 km yüksekliğindeki çok katmanlı bulutların tespiti 1 saniyelik bir zaman çözünürlüğü ve 15 m'lik bir mekansal çözünürlükle gerçekleştirilir.