Одиночный фотонInGaAs фотодетектор
Благодаря быстрому развитию LiDAR,обнаружение светаТехнологии и технологии измерения дальности, используемые для визуализации в условиях низкой освещенности, предъявляют более высокие требования. Чувствительность и временное разрешение детектора, используемого в традиционных технологиях обнаружения в условиях низкой освещенности, не отвечают реальным требованиям. Одиночный фотон — это наименьшая единица энергии света, и детектор с возможностью обнаружения одиночных фотонов является окончательным инструментом для обнаружения в условиях низкой освещенности. По сравнению с InGaAsФотодетектор APDДетекторы одиночных фотонов на основе InGaAs APD обладают более высокой скоростью отклика, чувствительностью и эффективностью. В связи с этим в стране и за рубежом был проведен ряд исследований детекторов одиночных фотонов на основе IN-GAAS APD.
Исследователи из Миланского университета в Италии впервые разработали двумерную модель для моделирования переходного поведения одиночного фотона.лавинный фотодетекторВ 1997 году исследователи получили результаты численного моделирования переходных характеристик однофотонного лавинного фотодетектора. Затем, в 2006 году, исследователи использовали метод MOCVD для создания плоского геометрического образца.Фотодетектор InGaAs APDДетектор одиночных фотонов, который увеличил эффективность регистрации одиночных фотонов до 10% за счет уменьшения отражающего слоя и усиления электрического поля на гетерогенном интерфейсе. В 2014 году, благодаря дальнейшему улучшению условий диффузии цинка и оптимизации вертикальной структуры, детектор одиночных фотонов имеет более высокую эффективность регистрации, до 30%, и достигает временного джиттера около 87 пс. В 2016 году Санзаро М. и др. интегрировали фотодетектор InGaAs APD с монолитным интегрированным резистором, разработали компактный модуль счета одиночных фотонов на основе детектора и предложили гибридный метод гашения, который значительно уменьшил лавинный заряд, тем самым уменьшив постимпульсные и оптические перекрестные помехи, а также уменьшив временной джиттер до 70 пс. В то же время другие исследовательские группы также проводили исследования InGaAs APD.фотодетекторДетектор одиночных фотонов. Например, компания Princeton Lightwave разработала детектор одиночных фотонов InGaAs/InPAPD с планарной структурой и запустила его в коммерческое использование. Шанхайский институт технической физики протестировал работу фотодетектора APD на одиночных фотонах, используя удаление цинковых отложений и режим импульсов с ёмкостным сбалансированным затвором, с темновым счётом 3,6 × 10⁻⁴/нс при частоте импульсов 1,5 МГц. Джозеф П. и др. разработали детектор одиночных фотонов для фотодетектора APD на основе InGaAs с мезаструктурой и более широкой запрещённой зоной, используя InGaAsP в качестве материала поглощающего слоя для снижения темнового счёта без снижения эффективности обнаружения.
Режим работы фотодетектора одиночных фотонов InGaAs APD - это свободный режим работы, то есть фотодетектор APD должен гасить периферийную цепь после возникновения лавины и восстанавливаться после гашения в течение определенного периода времени. Чтобы уменьшить влияние времени задержки гашения, его грубо делят на два типа: один - использовать пассивную или активную схему гашения для достижения гашения, такую как активная схема гашения, используемая 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 не осознаваемую проблему пост-импульса. Более того, эффективность обнаружения на 1550 нм составляет 10%, а вероятность пост-импульса снижается до менее чем 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 и др. используют стробируемый режим. Был подготовлен стробируемый однофотонный детектор на основе InGaAs/InPAPD. Эффективность обнаружения одиночных фотонов составила более 55% на длине волны 1550 нм, а вероятность постимпульса составила 7%. На этой основе Университет науки и технологий Китая создал лидарную систему, использующую многомодовое волокно, одновременно соединенное с однофотонным фотодетектором InGaAs APD со свободным режимом. Экспериментальное оборудование показано на рисунках (c) и (d), и обнаружение многослойных облаков высотой 12 км реализовано с временным разрешением 1 с и пространственным разрешением 15 м.
Время публикации: 07 мая 2024 г.