Один фотонInGaAs фотодетектор
Зі швидким розвитком LiDAR,виявлення світлаТехнології та технологія визначення відстані, що використовуються для автоматичного відстеження транспортних засобів, також мають вищі вимоги, чутливість та часова роздільна здатність детектора, що використовується в традиційній технології виявлення слабкого освітлення, не можуть задовольнити фактичні потреби. Одиничний фотон є найменшою одиницею енергії світла, і детектор із можливістю виявлення одиничного фотона є найкращим інструментом виявлення слабкого освітлення. Порівняно з InGaAsФотодетектор APDОднофотонні детектори на основі фотодетектора InGaAs APD мають вищу швидкість відгуку, чутливість та ефективність. Тому в країні та за кордоном було проведено серію досліджень однофотонних детекторів на основі фотодетекторів IN-GAAS APD.
Дослідники з Міланського університету в Італії вперше розробили двовимірну модель для моделювання перехідної поведінки одного фотона.лавинний фотодетектору 1997 році та надали результати числового моделювання перехідних характеристик фотодетектора лавинного типу з одним фотоном. Потім, у 2006 році, дослідники використали MOCVD для створення планарної геометричноїФотодетектор InGaAs APDоднофотонний детектор, який збільшив ефективність детектування однофотонів до 10% шляхом зменшення відбивного шару та посилення електричного поля на гетерогенному інтерфейсі. У 2014 році, завдяки подальшому покращенню умов дифузії цинку та оптимізації вертикальної структури, однофотонний детектор має вищу ефективність детектування, до 30%, та досягає синхронізаційного тремтіння близько 87 пс. У 2016 році SANZARO M та ін. інтегрували однофотонний фотодетектор InGaAs APD з монолітним інтегрованим резистором, розробили компактний модуль підрахунку однофотонів на основі детектора та запропонували гібридний метод гасіння, який значно зменшив лавинний заряд, тим самим зменшивши постімпульсні та оптичні перехресні перешкоди, а також зменшивши синхронізаційне тремтіння до 70 пс. Водночас інші дослідницькі групи також проводили дослідження InGaAs APD.фотодетектордетектор однофотонних фотонів. Наприклад, Princeton Lightwave розробив детектор однофотонних фотонів InGaAs/InPAPD з планарною структурою та ввів його в комерційне використання. Шанхайський інститут технічної фізики протестував однофотонну продуктивність фотодетектора APD, використовуючи видалення цинкових відкладень та режим ємнісного збалансованого імпульсного затвора з темновим лічильником імпульсів 3,6 × 10⁻⁴/нс на частоті імпульсів 1,5 МГц. Джозеф П. та ін. розробили фотодетектор однофотонних фотодетекторів InGaAs APD з меза-структурою та ширшою забороненою зоною та використали InGaAsP як матеріал поглинального шару для отримання меншого темнового лічильника без впливу на ефективність детектування.
Режим роботи однофотонного фотодетектора InGaAs APD – це режим вільної роботи, тобто фотодетектор APD повинен гасити периферійне коло після виникнення лавини та відновлюватися після гасіння протягом певного періоду часу. Щоб зменшити вплив часу затримки гасіння, його грубо поділяють на два типи: перший – використання пасивної або активної схеми гасіння для досягнення гасіння, такої як схема активного гасіння, що використовується R Thew тощо. Рисунок (a), (b) – це спрощена схема електронного керування та схеми активного гасіння та їх з'єднання з фотодетектором APD, який був розроблений для роботи в режимі стробування або вільного режиму, що значно зменшує раніше нереалізовану проблему постімпульсу. Крім того, ефективність детектування при 1550 нм становить 10%, а ймовірність постімпульсу знижується до менш ніж 1%. Другий – реалізація швидкого гасіння та відновлення шляхом контролю рівня напруги зміщення. Оскільки це не залежить від зворотного зв'язку лавинного імпульсу, час затримки гасіння значно зменшується, а ефективність детектування детектора покращується. Наприклад, Л. К. Командара та ін. використовують стробований режим. Було підготовлено стробований однофотонний детектор на основі InGaAs/InPAPD. Ефективність детектування однофотонів становила понад 55% при 1550 нм, а ймовірність пост-імпульсу становила 7%. На цій основі Китайський університет науки і технологій створив лідарну систему з використанням багатомодового волокна, одночасно з'єднаного з однофотонним фотодетектором InGaAs APD у вільному режимі. Експериментальне обладнання показано на рисунках (c) та (d), а детектування багатошарових хмар висотою 12 км здійснюється з часовою роздільною здатністю 1 с та просторовою роздільною здатністю 15 м.
Час публікації: 07 травня 2024 р.