Tek fotonlu InGaAs fotodedektör

Tek fotonInGaAs fotodedektör

LiDAR teknolojisinin hızlı gelişimiyle birlikte,ışık algılamaOtomatik araç takip görüntüleme teknolojisinde kullanılan teknoloji ve menzil belirleme 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 fotodedektörInGaAs APD fotodedektör tabanlı tek foton dedektörleri daha yüksek tepki hızı, hassasiyet ve verimliliğe sahiptir. Bu nedenle, IN-GAAS APD fotodedektör tek foton dedektörleri üzerine yurt içinde ve yurt dışında bir dizi araştırma yapılmıştır.

İtalya'daki Milano Üniversitesi'nden araştırmacılar, tek bir fotonun geçici davranışını simüle etmek için ilk kez iki boyutlu bir model geliştirdiler.çığ fotodedektörü1997'de tek fotonlu çığ fotodedektörünün geçici özelliklerinin sayısal simülasyon sonuçlarını verdiler. Ardından 2006'da araştırmacılar, düzlemsel geometrik bir yapı hazırlamak için MOCVD yöntemini kullandılar.InGaAs APD fotodedektörTek foton dedektörü, yansıtıcı katmanı azaltarak ve heterojen arayüzdeki elektrik alanını artırarak tek foton algılama verimliliğini %10'a çıkardı. 2014 yılında, çinko difüzyon koşullarını daha da iyileştirerek ve dikey yapıyı optimize ederek, tek foton dedektörünün algılama verimliliği %30'a kadar yükseldi ve yaklaşık 87 ps'lik bir zamanlama titremesi elde edildi. 2016 yılında, SANZARO M ve arkadaşları, InGaAs APD fotodedektör tek foton dedektörünü monolitik entegre dirençle entegre ederek, dedektöre dayalı kompakt bir tek foton sayma modülü tasarladılar ve çığ yükünü önemli ölçüde azaltan, böylece darbe sonrası ve optik çapraz etkileşimi azaltan ve zamanlama titremesini 70 ps'ye düşüren hibrit bir söndürme yöntemi önerdiler. Aynı zamanda, diğer araştırma grupları da InGaAs APD üzerinde araştırmalar yürütmüştür.fotodedektörTek foton dedektörü. Örneğin, Princeton Lightwave, düzlemsel yapıya sahip bir InGaAs/InPAPD tek foton dedektörü tasarladı ve ticari kullanıma sundu. Şanghay Teknik Fizik Enstitüsü, çinko birikintilerinin giderilmesi ve kapasitif dengeli geçit darbe modu kullanılarak APD fotodedektörünün tek foton performansını test etti ve 1,5 MHz darbe frekansında 3,6 × 10⁻⁴/ns darbe karanlık sayımı elde etti. Joseph P ve arkadaşları, daha geniş bant aralığına sahip mesa yapılı InGaAs APD fotodedektör tek foton dedektörü tasarladı ve algılama verimliliğini etkilemeden daha düşük karanlık sayımı elde etmek için soğurma katmanı malzemesi olarak InGaAsP kullandı.

InGaAs APD fotodedektörünün tek foton dedektörünün çalışma modu serbest çalışma modudur; yani, APD fotodedektörünün bir çığ meydana geldikten sonra çevresel devreyi söndürmesi ve bir süre söndürmeden sonra toparlanması gerekir. Söndürme gecikme süresinin etkisini azaltmak için kabaca iki tipe ayrılır: Birincisi, R Thew vb. tarafından kullanılan aktif söndürme devresi gibi pasif veya aktif söndürme devresi kullanarak söndürmeyi gerçekleştirmektir. Şekil (a), (b), elektronik kontrol ve aktif söndürme devresinin ve APD fotodedektör ile bağlantısının basitleştirilmiş bir şemasıdır ve kapılı veya serbest çalışma modunda çalışacak şekilde geliştirilmiştir, bu da daha önce gerçekleştirilemeyen darbe sonrası sorununu önemli ölçüde azaltır. Dahası, 1550 nm'deki algılama verimliliği %10'dur ve darbe sonrası olasılığı %1'den daha azına düşürülmüştür. İkincisi, önyargı voltajı seviyesini kontrol ederek hızlı söndürme ve toparlanmayı gerçekleştirmektir. Çığ darbesinin geri besleme kontrolüne bağlı olmadığı için, sönümleme gecikme süresi önemli ölçüde azalır ve dedektörün algılama verimliliği artar. Örneğin, LC Comandar ve arkadaşları kapılı modu kullanmaktadır. InGaAs/InPAPD tabanlı kapılı tek foton dedektörü hazırlanmıştır. 1550 nm'de tek foton algılama verimliliği %55'in üzerinde olup, %7'lik bir darbe sonrası olasılığı elde edilmiştir. Bu temelde, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, çok modlu fiberi eş zamanlı olarak serbest modlu InGaAs APD fotodedektör tek foton dedektörüyle birleştiren bir liDAR sistemi kurmuştur. Deneysel ekipman Şekil (c) ve (d)'de gösterilmiştir ve 12 km yüksekliğindeki çok katmanlı bulutların tespiti, 1 s'lik zaman çözünürlüğü ve 15 m'lik uzamsal çözünürlükle gerçekleştirilmiştir.