Одиночный фотонInGaAs фотодетектор
Благодаря быстрому развитию LiDAR,обнаружение светатехнология и технология определения дальности, используемые для технологии автоматического отслеживания транспортных средств, также предъявляют более высокие требования, чувствительность и временное разрешение детектора, используемого в традиционной технологии обнаружения слабого освещения, не могут удовлетворить фактические потребности. Одиночный фотон является наименьшей единицей энергии света, а детектор с возможностью обнаружения одиночного фотона является конечным инструментом обнаружения слабого освещения. По сравнению с InGaAsФотодетектор APD, однофотонные детекторы на основе фотодетектора InGaAs APD имеют более высокую скорость отклика, чувствительность и эффективность. Поэтому в стране и за рубежом был проведен ряд исследований однофотонных детекторов на основе фотодетектора IN-GAAS APD.
Исследователи из Миланского университета в Италии впервые разработали двумерную модель для моделирования переходного поведения одиночного фотона.лавинный фотодетекторв 1997 году и дали результаты численного моделирования переходных характеристик однофотонного лавинного фотодетектора. Затем в 2006 году исследователи использовали MOCVD для подготовки плоского геометрическогоФотодетектор InGaAs APDДетектор одиночных фотонов, который увеличил эффективность обнаружения одиночных фотонов до 10% за счет уменьшения отражающего слоя и усиления электрического поля на гетерогенном интерфейсе. В 2014 году, за счет дальнейшего улучшения условий диффузии цинка и оптимизации вертикальной структуры, детектор одиночных фотонов имеет более высокую эффективность обнаружения, до 30%, и достигает временного джиттера около 87 пс. В 2016 году SANZARO M et al. интегрировали фотодетектор InGaAs APD с монолитным интегрированным резистором, разработали компактный модуль подсчета одиночных фотонов на основе детектора и предложили гибридный метод гашения, который значительно уменьшил заряд лавины, тем самым уменьшив постимпульсные и оптические перекрестные помехи и уменьшив временной джиттер до 70 пс. В то же время другие исследовательские группы также провели исследования InGaAs APDфотодетекторДетектор одиночных фотонов. Например, Princeton Lightwave разработала детектор одиночных фотонов InGaAs/InPAPD с планарной структурой и ввела его в коммерческое использование. Шанхайский институт технической физики протестировал производительность фотодетектора APD на одиночных фотонах, используя удаление отложений цинка и режим импульсов емкостного сбалансированного затвора с темновым счетом 3,6 × 10 ⁻⁴/нс при частоте импульсов 1,5 МГц. Джозеф П. и др. разработали детектор одиночных фотонов фотодетектора APD InGaAs с мезаструктурой и более широкой запрещенной зоной и использовали InGaAsP в качестве материала поглощающего слоя для получения более низкого темнового счета без влияния на эффективность обнаружения.
Рабочий режим фотодетектора InGaAs APD с одним фотоном — это свободный режим работы, то есть фотодетектору APD необходимо гасить периферийную цепь после возникновения лавины и восстанавливаться после гашения в течение определенного периода времени. Чтобы уменьшить влияние времени задержки гашения, его можно условно разделить на два типа: один — использовать пассивную или активную схему гашения для достижения гашения, например, активную схему гашения, используемую R Thew и т. д. На рисунке (a), (b) представлена упрощенная схема электронного управления и активной схемы гашения и ее соединения с фотодетектором APD, который был разработан для работы в стробированном или свободном режиме, что значительно снижает ранее нереализованную проблему пост-импульса. Более того, эффективность обнаружения на длине волны 1550 нм составляет 10%, а вероятность пост-импульса снижается до менее 1%. Второй — реализовать быстрое гашение и восстановление путем управления уровнем напряжения смещения. Так как он не зависит от управления обратной связью лавинного импульса, время задержки гашения значительно сокращается, а эффективность обнаружения детектора улучшается. Например, LC Comandar et al используют стробируемый режим. Был подготовлен стробируемый однофотонный детектор на основе InGaAs/InPAPD. Эффективность обнаружения одиночных фотонов составила более 55% при 1550 нм, а вероятность постимпульса составила 7%. На этой основе Китайский университет науки и технологий создал систему лидара, использующую многомодовое волокно, одновременно соединенное с однофотонным фотодетектором InGaAs APD свободного режима. Экспериментальное оборудование показано на рисунках (c) и (d), а обнаружение многослойных облаков высотой 12 км реализовано с временным разрешением 1 с и пространственным разрешением 15 м.
Время публикации: 07-05-2024