Enkelt fotonInGaAs fotodetektor
Med den raske utviklingen av LiDAR, denlysdeteksjonTeknologi og avstandsteknologi som brukes til automatisk bildebehandlingsteknologi for kjøretøy har også høyere krav. Følsomheten og tidsoppløsningen til detektoren som brukes i tradisjonell teknologi for deteksjon av svakt lys kan ikke oppfylle de faktiske behovene. Enkeltfoton er den minste energienheten til lys, og detektoren med mulighet for enkeltfotondeteksjon er det siste verktøyet for deteksjon av svakt lys. Sammenlignet med InGaAsAPD-fotodetektor, enkeltfotondetektorer basert på InGaAs APD-fotodetektor har høyere responshastighet, følsomhet og effektivitet. Derfor har det blitt utført en rekke undersøkelser av IN-GAAS APD-fotodetektorer med enkeltfotondetektorer i inn- og utland.
Forskere fra Universitetet i Milano i Italia utviklet først en todimensjonal modell for å simulere den forbigående oppførselen til et enkelt foton.skredfotodetektori 1997, og ga numeriske simuleringsresultater av de transiente egenskapene til en enkeltfoton-skredfotodetektor. I 2006 brukte forskerne deretter MOCVD til å utarbeide en plan geometriskInGaAs APD-fotodetektorenkeltfotondetektor, som økte deteksjonseffektiviteten for enkeltfotoner til 10 % ved å redusere det reflekterende laget og forbedre det elektriske feltet ved det heterogene grensesnittet. I 2014, ved å forbedre sinkdiffusjonsforholdene ytterligere og optimalisere den vertikale strukturen, har enkeltfotondetektoren en høyere deteksjonseffektivitet, opptil 30 %, og oppnår en tidsjitter på omtrent 87 ps. I 2016 integrerte SANZARO M et al. InGaAs APD-fotodetektoren enkeltfotondetektor med en monolittisk integrert motstand, designet en kompakt enkeltfoton-tellemodul basert på detektoren, og foreslo en hybrid slukkingmetode som reduserte skredladning betydelig, og dermed reduserte postpuls- og optisk krysstale, og reduserte tidsjitter til 70 ps. Samtidig har andre forskningsgrupper også utført forskning på InGaAs APD.fotodetektorenkeltfotondetektor. For eksempel har Princeton Lightwave designet InGaAs/InPAPD enkeltfotondetektor med plan struktur og tatt den i kommersiell bruk. Shanghai Institute of Technical Physics testet enkeltfotonytelsen til APD-fotodetektoren ved å fjerne sinkavleiringer og den kapasitive balanserte gatepulsmodusen med et mørketall på 3,6 × 10⁻⁴/ns-pulser ved en pulsfrekvens på 1,5 MHz. Joseph P et al. designet InGaAs APD-fotodetektoren med mesastruktur og et enkeltfotondetektor med bredere båndgap, og brukte InGaAsP som absorberende lagmateriale for å oppnå et lavere mørketall uten å påvirke deteksjonseffektiviteten.
Driftsmodusen til InGaAs APD-fotodetektorens enkeltfotondetektor er fri driftsmodus, det vil si at APD-fotodetektoren må slukke den perifere kretsen etter at et skred har inntruffet, og gjenopprette etter bråkjøling i en periode. For å redusere effekten av bråkjølingsforsinkelsen er den grovt delt inn i to typer: Den ene er å bruke en passiv eller aktiv bråkjølingskrets for å oppnå bråkjøling, for eksempel den aktive bråkjølingskretsen som brukes av R Thew, etc. Figur (a), (b) er et forenklet diagram av den elektroniske kontroll- og aktive bråkjølingskretsen og dens forbindelse med APD-fotodetektoren, som er utviklet for å fungere i portet eller friløpsmodus, noe som reduserer det tidligere urealiserte problemet med etterpuls betydelig. Dessuten er deteksjonseffektiviteten ved 1550 nm 10 %, og sannsynligheten for etterpuls reduseres til mindre enn 1 %. Den andre er å oppnå rask bråkjøling og gjenoppretting ved å kontrollere nivået av forspenning. Siden det ikke er avhengig av tilbakekoblingskontrollen av skredpulsen, reduseres bråkjølingsforsinkelsen betydelig og detektorens deteksjonseffektivitet forbedres. For eksempel bruker LC Comandar et al. gated-modus. En gated enkeltfotondetektor basert på InGaAs/InPAPD ble fremstilt. Deteksjonseffektiviteten for enkeltfotoner var over 55 % ved 1550 nm, og en sannsynlighet for etterpuls på 7 % ble oppnådd. På dette grunnlaget etablerte University of Science and Technology of China et liDAR-system som bruker multimodusfiber samtidig koblet med en frimodus InGaAs APD-fotodetektor for enkeltfotoner. Det eksperimentelle utstyret er vist i figur (c) og (d), og deteksjonen av flerlagsskyer med en høyde på 12 km realiseres med en tidsoppløsning på 1 s og en romlig oppløsning på 15 m.
Publisert: 07. mai 2024