Одиночный фотонФотодетектор InGaAs
С быстрым развитием LiDAR,обнаружение светаТехнология и технология измерения дальности, используемые для технологии автоматического отслеживания транспортных средств, также предъявляют более высокие требования, чувствительность и временное разрешение детектора, используемого в традиционной технологии обнаружения при слабом освещении, не могут удовлетворить фактические потребности. Одиночный фотон — это наименьшая энергетическая единица света, а детектор с возможностью обнаружения одиночных фотонов — последний инструмент обнаружения при слабом освещении. По сравнению с InGaAsфотодетектор АФДДетекторы одиночных фотонов на основе фотодетектора InGaAs APD имеют более высокую скорость срабатывания, чувствительность и эффективность. Поэтому в стране и за рубежом была проведена серия исследований фотодетекторов одиночных фотонов IN-GAAS APD.
Исследователи из Миланского университета в Италии впервые разработали двумерную модель для моделирования переходного поведения одиночного фотона.лавинный фотодетекторв 1997 году и представил результаты численного моделирования переходных характеристик однофотонного лавинного фотодетектора. Затем в 2006 году исследователи использовали MOCVD для подготовки плоской геометрической модели.Фотодетектор InGaAs APDдетектор одиночных фотонов, который увеличил эффективность обнаружения одиночных фотонов до 10% за счет уменьшения отражающего слоя и усиления электрического поля на гетерогенной границе раздела. В 2014 году за счет дальнейшего улучшения условий диффузии цинка и оптимизации вертикальной структуры однофотонный детектор имеет более высокую эффективность обнаружения - до 30% и достигает временного джиттера около 87 пс. В 2016 году САНЗАРО М. и др. интегрировали однофотонный детектор фотодетектора InGaAs APD с монолитным встроенным резистором, разработали компактный модуль счета одиночных фотонов на основе детектора и предложили гибридный метод гашения, который значительно снижает лавинный заряд, тем самым уменьшая постимпульсные и оптические перекрестные помехи, и снижение временного джиттера 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 ввела его в коммерческое использование. Шанхайский институт технической физики протестировал однофотонные характеристики фотодетектора ЛФД с использованием удаления отложений цинка и импульсного режима емкостного сбалансированного затвора с темновым счетом 3,6 × 10 ⁻⁴/нс импульса при частоте импульсов 1,5 МГц. Джозеф П. и др. разработал фотодетектор InGaAs APD с меза-структурой и детектор одиночных фотонов с более широкой запрещенной зоной и использовал InGaAsP в качестве материала поглощающего слоя для получения меньшего темнового счета без ущерба для эффективности обнаружения.
Режим работы детектора одиночных фотонов фотодетектора InGaAs APD является свободным режимом 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 условно разделяют на два типа: один — использовать схему пассивного или активного гашения для достижения гашения, например, схему активного гашения, используемую R Thew и т. д. Рисунок (a) , (б) представляет собой упрощенную схему электронного управления и схемы активного гашения и ее связи с фотодетектором ЛФД, который разработан для работы в закрытом или автономном режиме, что значительно снижает ранее нереализованную постимпульсную проблему. При этом эффективность регистрации на длине волны 1550 нм составляет 10%, а вероятность постимпульса снижается до менее 1%. Во-вторых, реализовать быстрое гашение и восстановление за счет контроля уровня напряжения смещения. Поскольку оно не зависит от обратной связи управления лавинным импульсом, время задержки гашения существенно сокращается и повышается эффективность обнаружения детектора. Например, LC Comandar и др. используют стробируемый режим. Был изготовлен стробируемый детектор одиночных фотонов на основе InGaAs/InPAPD. Эффективность регистрации одиночных фотонов составила более 55% на длине волны 1550 нм, а постимпульсная вероятность была достигнута 7%. На этой основе Китайский университет науки и технологий создал систему liDAR, использующую многомодовое оптоволокно, одновременно связанное с однофотонным детектором свободномодового фотодетектора InGaAs APD. Экспериментальное оборудование показано на рисунках (в) и (г), а обнаружение многослойных облаков высотой 12 км реализовано с временным разрешением 1 с и пространственным разрешением 15 м.
Время публикации: 7 мая 2024 г.