Tek fotonlu InGaAs fotodetektör

Tek fotonInGaAs fotodedektör

LiDAR'ın hızla gelişmesiyle birlikte,ışık algılamaOtomatik araç takip görüntüleme teknolojisi için kullanılan teknoloji ve menzil teknolojisi de daha yüksek gereksinimlere sahip olduğundan, geleneksel düşük ışık algılama teknolojisinde kullanılan dedektörün hassasiyeti ve zaman çözünürlüğü gerçek ihtiyaçları karşılayamamaktadır. Tek foton, ışığın en küçük enerji birimidir ve tek foton algılama yeteneğine sahip dedektör, düşük ışık algılamanın son aracıdır. InGaAs ile karşılaştırıldığındaAPD fotodedektörInGaAs APD fotodetektörünü temel alan tek fotonlu dedektörler daha yüksek yanıt hızına, hassasiyete ve verimliliğe sahiptir. Bu nedenle IN-GAAS APD fotodedektörlü tek foton dedektörleri üzerine yurt içi ve yurt dışında bir dizi araştırma yürütülmektedir.

İtalya'daki Milan Üniversitesi'nden araştırmacılar ilk olarak tek bir fotonun geçici davranışını simüle etmek için iki boyutlu bir model geliştirdilerçığ fotodetektörü1997'de tek bir foton çığ fotodetektörünün geçici özelliklerinin sayısal simülasyon sonuçlarını verdi. Daha sonra 2006 yılında araştırmacılar MOCVD'yi kullanarak düzlemsel bir geometrik çizim hazırladılar.InGaAs APD fotodedektörYansıtıcı katmanı azaltarak ve heterojen arayüzdeki elektrik alanını artırarak tek foton algılama verimliliğini %10'a çıkaran tek foton dedektörü. 2014 yılında çinko difüzyon koşullarının daha da iyileştirilmesi ve dikey yapının optimize edilmesiyle tek fotonlu dedektör %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 ark. InGaAs APD fotodedektör 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 karışmayı azaltan bir hibrit söndürme yöntemi önerdi ve Zamanlama titreşimini 70 ps'ye düşürüyor. Aynı zamanda diğer araştırma grupları da InGaAs APD üzerine araştırmalar yürütmüştür.fotodetektörtek foton dedektörü Örneğin Princeton Lightwave, düzlemsel yapıya sahip InGaAs/InPAPD tek foton dedektörünü tasarladı ve ticari kullanıma sundu. Şangay Teknik Fizik Enstitüsü, çinko birikintilerinin giderilmesini ve 1,5 MHz darbe frekansında 3,6 × 10⁻⁴/ns darbe karanlık sayımıyla kapasitif dengeli geçit darbe modunu kullanarak APD fotodetektörünün tek foton performansını test etti. Joseph P ve ark. daha geniş bant aralığına sahip mesa yapılı InGaAs APD fotodedektör tek foton dedektörünü tasarladı ve algılama verimliliğini etkilemeden daha düşük bir karanlık sayımı elde etmek için emici katman malzemesi olarak InGaAsP'yi kullandı.

InGaAs APD fotodedektör tekli foton dedektörünün çalışma modu serbest çalışma modudur; yani, APD fotodedektörünün çığ meydana geldikten sonra çevresel devreyi söndürmesi ve söndürüldükten sonra bir süreliğine toparlanması gerekir. Söndürme gecikme süresinin etkisini azaltmak için kabaca iki türe ayrılır: Bunlardan biri, söndürmeyi gerçekleştirmek için R Thew vb. tarafından kullanılan aktif söndürme devresi gibi pasif veya aktif söndürme devresi kullanmaktır. Şekil (a) , (b), elektronik kontrol ve aktif söndürme devresinin basitleştirilmiş bir diyagramıdır ve bunun, daha önce gerçekleştirilmemiş darbe sonrası problemini önemli ölçüde azaltan, geçitli veya serbest çalışma modunda çalışmak üzere geliştirilmiş APD fotodetektörü ile bağlantısıdır. Üstelik 1550 nm'de tespit verimliliği %10'dur ve darbe sonrası olasılık %1'in altına düşer. İkincisi ise öngerilim geriliminin seviyesini kontrol ederek hızlı söndürme ve geri kazanımı gerçekleştirmektir. Çığ darbesinin geri besleme kontrolüne bağlı olmadığından söndürmenin gecikme süresi önemli ölçüde azalır ve dedektörün algılama verimliliği artar. Örneğin, LC Comandar ve arkadaşları geçit modunu kullanıyor. InGaAs/InPAPD'ye dayanan kapılı tek fotonlu bir dedektör hazırlandı. Tek foton tespit verimliliği 1550 nm'de %55'in üzerindeydi ve %7'lik atım sonrası olasılığa ulaşıldı. Bu temelde, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, serbest modlu bir InGaAs APD fotodetektör tek foton dedektörü ile eş zamanlı olarak çok modlu fiber kullanan bir liDAR sistemi kurdu. Deney ekipmanı Şekil (c) ve (d)'de gösterilmekte olup, yüksekliği 12 km olan çok katmanlı bulutların tespiti 1 s zaman çözünürlüğü ve 15 m uzaysal çözünürlük ile gerçekleştirilmektedir.