Enkelt fotonInGaAs fotodetektor
Med den hurtige udvikling af LiDAR erlysdetektionteknologi og spændvidde teknologi, der bruges til automatisk bilsporing af billedteknologi, har også højere krav, følsomheden og tidsopløsningen af detektoren, der anvendes i den traditionelle svagt lysdetektionsteknologi, kan ikke opfylde de faktiske behov. Enkelt foton er den mindste energienhed af lys, og detektoren med evnen til enkelt foton detektion er det sidste værktøj til detektering af svagt lys. Sammenlignet med InGaAsAPD fotodetektor, enkeltfoton-detektorer baseret på InGaAs APD-fotodetektor har højere responshastighed, følsomhed og effektivitet. Derfor er der udført en række undersøgelser af IN-GAAS APD fotodetektor enkeltfotondetektorer i ind- og udland.
Forskere fra University of Milano i Italien udviklede først en todimensionel model til at simulere en enkelt fotons forbigående adfærdlavine fotodetektori 1997 og gav numeriske simuleringsresultater af de forbigående karakteristika for en lavinefotodetektor med enkelt foton. Så i 2006 brugte forskerne MOCVD til at forberede en plan geometriInGaAs APD fotodetektorenkelt foton detektor, som øgede enkelt-foton detektionseffektiviteten til 10% ved at reducere det reflekterende lag og forstærke det elektriske felt ved den heterogene grænseflade. I 2014, ved yderligere at forbedre zinkdiffusionsforholdene og optimere den vertikale struktur, har enkeltfoton-detektoren en højere detektionseffektivitet, op til 30 %, og opnår en timing-jitter på omkring 87 ps. I 2016, SANZARO M et al. integrerede InGaAs APD-fotodetektoren-en-foton-detektoren med en monolitisk integreret modstand, designet et kompakt enkelt-foton-tællemodul baseret på detektoren, og foreslog en hybrid quench-metode, der signifikant reducerede lavineladningen og derved reducerede post-puls og optisk krydstale, og reducerer timing-jitter til 70 ps. Samtidig har andre forskergrupper også forsket i InGaAs APDfotodetektorenkelt foton detektor. For eksempel har Princeton Lightwave designet InGaAs/InPAPD enkeltfotondetektor med plan struktur og sat den i kommerciel brug. Shanghai Institute of Technical Physics testede enkeltfoton-ydelsen af APD-fotodetektor ved hjælp af fjernelse af zinkaflejringer og den kapacitive balancerede gate-pulstilstand med et mørketal på 3,6 × 10 ⁻⁴/ns puls ved en pulsfrekvens på 1,5 MHz. Joseph P et al. designet mesastrukturen InGaAs APD fotodetektor enkeltfotondetektor med bredere båndgab og brugte InGaAsP som det absorberende lagmateriale for at opnå et lavere mørketal uden at påvirke detektionseffektiviteten.
Driftstilstanden for InGaAs APD-fotodetektor-enkeltfoton-detektoren er fri driftstilstand, det vil sige, at APD-fotodetektoren skal slukke det perifere kredsløb, efter at der er opstået en lavine, og komme sig efter standsning i en periode. For at reducere virkningen af quenching-forsinkelsestid er den groft opdelt i to typer: Den ene er at bruge passivt eller aktivt quenching-kredsløb for at opnå quenching, såsom det aktive quenching-kredsløb, der bruges af R Thew, osv. Figur (a) , (b) er et forenklet diagram over det elektroniske kontrol- og aktive quenching-kredsløb og dets forbindelse med APD-fotodetektor, som er blevet udviklet til at arbejde i gated eller free running mode, hvilket væsentligt reducerer det tidligere urealiserede post-pulsproblem. Desuden er detektionseffektiviteten ved 1550 nm 10 %, og sandsynligheden for post-puls reduceres til mindre end 1 %. Den anden er at realisere hurtig quenching og genopretning ved at kontrollere niveauet af forspændingsspænding. Da det ikke afhænger af tilbagekoblingsstyringen af lavineimpulsen, reduceres forsinkelsestiden for quenching betydeligt, og detektorens detektionseffektivitet forbedres. For eksempel bruger LC Comandar et al. gated mode. En gated enkelt-foton detektor baseret på InGaAs/InPAPD blev fremstillet. Enkeltfotondetektionseffektiviteten var over 55 % ved 1550 nm, og post-pulssandsynligheden på 7 % blev opnået. På dette grundlag etablerede University of Science and Technology i Kina 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.
Indlægstid: maj-07-2024