Tek foton InGaAs fotodedektörü

Tek fotonInGaAs fotodedektörü

LiDAR'ın hızla gelişmesiyle birlikte,ışık algılamaotomatik araç takip görüntüleme teknolojisi için 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 algılamanın son aracıdır. InGaAs ile karşılaştırıldığındaAPD fotodedektörü, InGaAs APD fotodetektörüne dayalı tek foton dedektörleri daha yüksek tepki hızına, hassasiyete ve verimliliğe sahiptir. Bu nedenle, yurtiçinde ve yurtdışında IN-GAAS APD fotodetektörü tek foton dedektörleri üzerine bir dizi araştırma yürütülmüştür.

İtalya'daki Milano Üniversitesi'nden araştırmacılar, tek bir fotonun geçici davranışını simüle etmek için ilk kez iki boyutlu bir model geliştirdilerçığ fotodetektörü1997'de, tek foton çığ fotodedektörünün geçici özelliklerinin sayısal simülasyon sonuçlarını verdi. Daha sonra 2006'da, araştırmacılar MOCVD'yi düzlemsel geometrik birInGaAs APD fotodedektörütek foton dedektörü, yansıtıcı tabakayı azaltarak ve heterojen arayüzdeki elektrik alanını güçlendirerek tek foton algılama verimliliğini %10'a çıkardı. 2014 yılında, çinko difüzyon koşullarını daha da iyileştirerek ve dikey yapıyı optimize ederek, tek foton dedektörü %30'a kadar daha yüksek bir algılama verimliliğine sahip oldu ve yaklaşık 87 ps'lik bir zamanlama titremesi elde etti. 2016 yılında, SANZARO M ve diğerleri, InGaAs APD fotodetektörü tek foton dedektörünü monolitik entegre bir 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 titremesini 70 ps'ye düşüren bir hibrit söndürme yöntemi önerdi. Aynı zamanda, diğer araştırma grupları da InGaAs APD üzerinde araştırma yürüttüfotodedektörtek foton dedektörü. Örneğin, Princeton Lightwave, düzlemsel yapıya sahip InGaAs/InPAPD tek foton dedektörünü tasarladı ve ticari kullanıma sundu. Şanghay Teknik Fizik Enstitüsü, çinko birikintilerinin giderilmesi ve 1,5 MHz'lik bir darbe frekansında 3,6 × 10 ⁻⁴/ns darbelik bir karanlık sayımıyla kapasitif dengeli kapı darbe modu kullanılarak APD fotodetektörünün tek foton performansını test etti. Joseph P ve diğerleri, daha geniş bant aralığına sahip mesa yapı InGaAs APD fotodetektör tek foton dedektörünü tasarladı ve algılama verimliliğini etkilemeden daha düşük bir karanlık sayım elde etmek için emici tabaka malzemesi olarak InGaAsP'yi kullandı.

InGaAs APD fotodetektör tek foton dedektörünün çalışma modu serbest çalışma modudur, yani APD fotodetektörünün çığ oluştuktan sonra çevresel devreyi söndürmesi ve bir süre söndürmeden sonra toparlanması gerekir. Söndürme gecikme süresinin etkisini azaltmak için kabaca iki türe ayrılır: Birincisi, söndürmeyi elde etmek 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 çalışmak üzere geliştirilen APD fotodetektörü ile bağlantısının basitleştirilmiş bir diyagramıdır, bu da daha önce fark edilmemiş darbe sonrası sorununu önemli ölçüde azaltır. Dahası, 1550 nm'deki algılama verimliliği %10'dur ve darbe sonrası olasılığı %1'in altına düşürülür. İkincisi, önyargı voltajının seviyesini kontrol ederek hızlı söndürme ve toparlanmayı gerçekleştirmektir. Çığ darbesinin geri besleme kontrolüne bağlı olmadığından, söndürme gecikme süresi önemli ölçüde azalır ve dedektörün tespit verimliliği artar. Örneğin, LC Comandar ve diğerleri kapılı modu kullanır. InGaAs/InPAPD tabanlı bir kapılı tek foton dedektörü hazırlandı. Tek foton tespit 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.