Один фотонФотодетектор InGaAs
Зі швидким розвитком LiDAR,виявлення світлаТехнологія та технологія вимірювання дальності, що використовуються для автоматичної технології відстеження транспортних засобів, також мають вищі вимоги, чутливість і часова роздільна здатність детектора, що використовується в традиційній технології виявлення слабкого освітлення, не можуть задовольнити реальні потреби. Окремий фотон є найменшою одиницею енергії світла, а детектор із можливістю виявлення одного фотона є остаточним інструментом виявлення слабкого освітлення. У порівнянні з InGaAsФотодетектор APD, однофотонні детектори на основі фотоприймача InGaAs APD мають вищу швидкодію, чутливість та ефективність. Тому в країні та за кордоном була проведена серія досліджень фотодетекторів IN-GAAS APD із однофотонними детекторами.
Дослідники з Міланського університету в Італії вперше розробили двовимірну модель для моделювання перехідної поведінки одного фотоналавинний фотодетектору 1997 році та дав результати чисельного моделювання перехідних характеристик однофотонного лавинного фотодетектора. Потім у 2006 році дослідники використали MOCVD для підготовки плоскої геометричної моделіФотодетектор InGaAs APDоднофотонний детектор, який збільшив ефективність детектування одного фотона до 10% за рахунок зменшення відбиваючого шару та посилення електричного поля на гетерогенній межі розділу. У 2014 році шляхом подальшого вдосконалення умов дифузії цинку та оптимізації вертикальної структури однофотонний детектор має вищу ефективність виявлення, до 30%, і досягає тремтіння синхронізації близько 87 пс. У 2016 році SANZARO M та ін. інтегрував однофотонний детектор фотодетектора InGaAs APD з монолітним інтегрованим резистором, розробив компактний однофотонний лічильний модуль на основі детектора та запропонував гібридний метод гасіння, який значно зменшив лавинний заряд, тим самим зменшивши післяімпульсні та оптичні перехресні перешкоди, і зменшення тремтіння синхронізації до 70 пс. У той же час інші дослідницькі групи також проводили дослідження InGaAs APDфотодетектороднофотонний детектор. Наприклад, компанія Princeton Lightwave розробила однофотонний детектор InGaAs/InPAPD із плоскою структурою та запустила його в комерційне використання. Шанхайський інститут технічної фізики перевірив однофотонну продуктивність фотодетектора APD з використанням видалення відкладень цинку та ємнісного збалансованого режиму імпульсу затвора з темновим підрахунком 3,6 × 10 ⁻⁴/нс імпульсу з частотою імпульсу 1,5 МГц. Джозеф П та ін. розробив однофотонний фотодетектор InGaAs APD із ширшою забороненою зоною та використав InGaAsP як матеріал поглинаючого шару для отримання меншого темного відліку без впливу на ефективність виявлення.
Режим роботи однофотонного детектора фотодетектора InGaAs APD є режимом вільної роботи, тобто фотодетектору APD потрібно гасити периферійну схему після сходження лавини та відновлюватися після гасіння протягом певного періоду часу. Щоб зменшити вплив часу затримки гасіння, його умовно поділяють на два типи: перший полягає у використанні пасивного або активного контуру гасіння для досягнення гасіння, наприклад, контур активного гасіння, який використовується R Thew тощо. Рисунок (a) , (b) є спрощеною схемою електронного керування та схеми активного гасіння та її з’єднання з фотодетектором APD, який був розроблений для роботи в закритому або вільному режимі, що значно зменшує раніше нереалізовану проблему після імпульсу. Крім того, ефективність виявлення при 1550 нм становить 10%, а ймовірність пост-імпульсу знижується до менше 1%. По-друге, це реалізація швидкого гасіння та відновлення шляхом контролю рівня напруги зміщення. Оскільки це не залежить від керування лавинним імпульсом за допомогою зворотного зв’язку, час затримки гасіння значно зменшується, а ефективність виявлення детектора покращується. Наприклад, LC Comandar та інші використовують закритий режим. Підготовлено стробований однофотонний детектор на основі InGaAs/InPAPD. Ефективність детектування одного фотона становила понад 55% при 1550 нм, а постімпульсна вірогідність 7%. На цій основі Університет науки і техніки Китаю створив систему liDAR, використовуючи багатомодове волокно, одночасно поєднане з однофотонним детектором фотодетектора InGaAs APD у вільному режимі. Експериментальне обладнання показано на малюнках (c) і (d), а виявлення багатошарових хмар висотою 12 км реалізовано з часовою роздільною здатністю 1 с і просторовою роздільною здатністю 15 м.
Час публікації: травень-07-2024