Enkelt fotonInGaAs fotodetektor
Med den hurtige udvikling af LiDAR,lysdetektionTeknologi og afstandsteknologi, der anvendes til automatisk køretøjssporingsbilleddannelsesteknologi, har også højere krav. Følsomheden og tidsopløsningen for den detektor, der anvendes i den traditionelle teknologi til detektion af svagt lys, kan ikke opfylde de faktiske behov. En enkelt foton er den mindste energienhed af lys, og detektoren med evnen til at detektere en enkelt foton er det sidste værktøj til detektion af svagt lys. Sammenlignet med InGaAsAPD-fotodetektor, Enkeltfotondetektorer baseret på InGaAs APD-fotodetektor har højere responshastighed, følsomhed og effektivitet. Derfor er der udført en række undersøgelser af IN-GAAS APD-fotodetektorer med enkeltfotondetektorer i ind- og udland.
Forskere fra Universitetet i Milano i Italien udviklede først en todimensionel model til at simulere den transiente opførsel af en enkelt foton.lavinefotodetektori 1997 og gav numeriske simuleringsresultater af de transiente karakteristika for en enkelt foton lavinefotodetektor. Derefter i 2006 brugte forskerne MOCVD til at udarbejde en plan geometriskInGaAs APD fotodetektorenkeltfotondetektor, som øgede enkeltfotondetektionseffektiviteten til 10 % ved at reducere det reflekterende lag og forbedre det elektriske felt ved den heterogene grænseflade. I 2014, ved yderligere at forbedre zinkendiffusionsbetingelserne og optimere den vertikale struktur, har enkeltfotondetektoren en højere detektionseffektivitet, op til 30 %, og opnår en timingjitter på omkring 87 ps. I 2016 integrerede SANZARO M et al. InGaAs APD-fotodetektoren enkeltfotondetektor med en monolitisk integreret modstand, designede et kompakt enkeltfoton-tællemodul baseret på detektoren og foreslog en hybrid dæmpningsmetode, der reducerede lavineladning betydeligt, hvorved postpuls- og optisk krydstale reduceredes, og timingjitter reduceredes til 70 ps. Samtidig har andre forskergrupper også udført forskning i InGaAs APD.fotodetektorenkeltfotondetektor. For eksempel har Princeton Lightwave designet InGaAs/InPAPD enkeltfotondetektor med plan struktur og taget den i kommerciel brug. Shanghai Institute of Technical Physics testede enkeltfoton-ydeevnen af APD-fotodetektoren ved hjælp af fjernelse af zinkaflejringer og den kapacitive balancerede gate-pulstilstand med et mørkeantælling på 3,6 × 10⁻⁴/ns puls ved en pulsfrekvens på 1,5 MHz. Joseph P et al. designede InGaAs APD-fotodetektoren med mesastruktur og et enkeltfoton-detektor med bredere båndgab og brugte InGaAsP som absorberende lagmateriale for at opnå et lavere mørkeantælling uden at påvirke detektionseffektiviteten.
Driftstilstanden for InGaAs APD-fotodetektorens enkeltfotondetektor er fri driftstilstand, dvs. at APD-fotodetektoren skal slukke det perifere kredsløb efter en lavine og genoprette efter slukning i en periode. For at reducere virkningen af slukningsforsinkningstiden er den groft opdelt i to typer: Den ene er at bruge et passivt eller aktivt slukningskredsløb til at opnå slukning, såsom det aktive slukningskredsløb, der bruges af R Thew osv. Figur (a), (b) er et forenklet diagram over det elektroniske styre- og aktive slukningskredsløb og dets forbindelse med APD-fotodetektoren, som er udviklet til at fungere i gated- eller friløbstilstand, hvilket reducerer det tidligere urealiserede post-puls-problem betydeligt. Desuden er detektionseffektiviteten ved 1550 nm 10%, og sandsynligheden for post-puls reduceres til mindre end 1%. Den anden er at opnå hurtig slukning og genopretning ved at kontrollere niveauet af bias-spændingen. Da det ikke afhænger af feedback-kontrollen af lavinepulsen, reduceres slukningsforsinkningstiden betydeligt, og detektorens detektionseffektivitet forbedres. For eksempel bruger LC Comandar et al. gated mode. En gated single-photon detektor baseret på InGaAs/InPAPD blev fremstillet. Single-photon detektionseffektiviteten var over 55% ved 1550 nm, og en post-puls sandsynlighed på 7% blev opnået. På dette grundlag etablerede University of Science and Technology of China et liDAR-system ved hjælp af multi-mode fiber samtidigt koblet med en free-mode InGaAs APD fotodetektor single-photon detektor. Det eksperimentelle udstyr er vist i figur (c) og (d), og detektionen af flerlagsskyer med en højde på 12 km realiseres med en tidsopløsning på 1 s og en rumlig opløsning på 15 m.
Udsendelsestidspunkt: 7. maj 2024