Enkeltfoton InGaAs fotodetektor

Enkelt fotonInGaAs fotodetektor

Med den raske utviklingen av LiDAR erlysdeteksjonteknologi og varierende teknologi som brukes for automatisk bilsporing av bildeteknologi har også høyere krav, følsomheten og tidsoppløsningen til detektoren som brukes i den tradisjonelle lavlysdeteksjonsteknologien kan ikke møte de faktiske behovene. Enkeltfoton er den minste energienheten av lys, og detektoren med evnen til enkeltfotondeteksjon er det siste verktøyet for lavlysdeteksjon. Sammenlignet med InGaAsAPD fotodetektor, enkeltfotondetektorer basert på InGaAs APD fotodetektor har høyere responshastighet, følsomhet og effektivitet. Derfor er det utført en rekke undersøkelser på IN-GAAS APD-fotodetektor-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 fotonskredfotodetektori 1997, og ga numeriske simuleringsresultater av de forbigående egenskapene til en enkeltfotonskredfotodetektor. Så i 2006 brukte forskerne MOCVD for å forberede en plan geometriskInGaAs APD fotodetektorenkeltfotondetektor, som økte enkeltfotondeteksjonseffektiviteten til 10 % ved å redusere det reflekterende laget og forsterke det elektriske feltet ved det heterogene grensesnittet. I 2014, ved ytterligere å forbedre sinkdiffusjonsforholdene og optimalisere den vertikale strukturen, har enkeltfoton-detektoren en høyere deteksjonseffektivitet, opptil 30 %, og oppnår en timing-jitter på omtrent 87 ps. I 2016, SANZARO M et al. integrerte InGaAs APD-fotodetektoren-en-foton-detektoren med en monolitisk integrert motstand, designet en kompakt enkelt-foton-tellemodul basert på detektoren, og foreslo en hybrid quench-metode som betydelig reduserte skredladningen, og dermed reduserte post-puls og optisk krysstale, og reduserer timing-jitter til 70 ps. Samtidig har andre forskningsgrupper også forsket på InGaAs APDfotodetektorenkelt fotondetektor. 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 bruke fjerning av sinkavleiringer og den kapasitive balanserte portpulsmodusen med et mørketall 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 båndgap, og brukte InGaAsP som det absorberende lagmaterialet for å oppnå et lavere mørketall uten å påvirke deteksjonseffektiviteten.

Driftsmodusen til InGaAs APD-fotodetektor-enkeltfotondetektoren er fridriftsmodus, det vil si at APD-fotodetektoren må slukke den perifere kretsen etter at et snøskred har oppstått, og gjenopprette etter slukking i en periode. For å redusere virkningen av quenching-forsinkelsestid er den grovt delt inn i to typer: Den ene er å bruke passiv eller aktiv quenching-krets for å oppnå quenching, slik som den aktive quenching-kretsen som brukes av R Thew, etc. Figur (a) , (b) er et forenklet diagram over den elektroniske kontroll- og aktive slukningskretsen og dens forbindelse med APD-fotodetektor, som er utviklet for å fungere i port- eller friløpsmodus, noe som betydelig reduserer det tidligere urealiserte post-pulsproblemet. Dessuten er deteksjonseffektiviteten ved 1550 nm 10 %, og sannsynligheten for post-puls reduseres til mindre enn 1 %. Den andre er å realisere rask quenching og gjenoppretting ved å kontrollere nivået av forspenningsspenning. Siden den ikke er avhengig av tilbakemeldingskontrollen til skredpulsen, reduseres forsinkelsestiden for quenching betydelig og detektorens deteksjonseffektivitet forbedres. For eksempel bruker LC Comandar et al. gated-modus. En gated enkeltfotondetektor basert på InGaAs/InPAPD ble utarbeidet. Enkeltfotondeteksjonseffektiviteten var over 55 % ved 1550 nm, og post-pulssannsynligheten på 7 % ble oppnådd. På dette grunnlaget etablerte University of Science and Technology i Kina et liDAR-system som bruker multi-mode fiber samtidig kombinert med en fri-modus InGaAs APD fotodetektor en-foton detektor. 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.