Enkelvoudig fotonInGaAs-fotodetector
Met de snelle ontwikkeling van LiDAR, delichtdetectieDe technologie en afstandsbepalingstechnologie die gebruikt worden voor automatische voertuigvolging en beeldvorming stellen ook hogere eisen. De gevoeligheid en tijdresolutie van de detector die gebruikt wordt in traditionele technologieën voor detectie bij weinig licht, voldoen niet aan de daadwerkelijke behoeften. Een enkel foton is de kleinste energie-eenheid van licht, en een detector met de mogelijkheid tot detectie van individuele fotonen is het ultieme instrument voor detectie bij weinig licht. Vergeleken met InGaAsAPD-fotodetectorEnkelfotonendetectoren gebaseerd op InGaAs APD-fotodetectoren hebben een hogere responsnelheid, gevoeligheid en efficiëntie. Daarom is er in binnen- en buitenland veel onderzoek gedaan naar enkelfotonendetectoren met InGaAs APD-fotodetectoren.
Onderzoekers van de Universiteit van Milaan in Italië hebben eerst een tweedimensionaal model ontwikkeld om het tijdelijke gedrag van een enkel foton te simuleren.lawinefotodetectorIn 1997 presenteerden ze numerieke simulaties van de transiënte kenmerken van een fotodetector met een lawinepatroon van één foton. Vervolgens gebruikten de onderzoekers in 2006 MOCVD om een vlakke geometrische structuur te vervaardigen.InGaAs APD-fotodetectorEen enkelfotonendetector, die de detectie-efficiëntie van enkelfotonen verhoogde tot 10% door de reflecterende laag te verkleinen en het elektrische veld bij de heterogene interface te versterken. In 2014, door de zinkdiffusieomstandigheden verder te verbeteren en de verticale structuur te optimaliseren, bereikte de enkelfotonendetector een hogere detectie-efficiëntie van 30% en een timingjitter van ongeveer 87 ps. In 2016 integreerden SANZARO M et al. de InGaAs APD-fotodetector met een monolithische geïntegreerde weerstand, ontwierpen een compacte module voor het tellen van enkelfotonen op basis van de detector en stelden een hybride quench-methode voor die de lawinelading aanzienlijk verminderde, waardoor postpuls- en optische overspraak werden gereduceerd en de timingjitter werd teruggebracht tot 70 ps. Tegelijkertijd hebben ook andere onderzoeksgroepen onderzoek gedaan naar InGaAs APD's.fotodetectorEen fotondetector. Princeton Lightwave heeft bijvoorbeeld een InGaAs/InPAPD-fotondetector met een planaire structuur ontworpen en commercieel in gebruik genomen. Het Shanghai Institute of Technical Physics testte de prestaties van een APD-fotodetector voor fotonendetectie door zinkafzettingen te verwijderen en gebruik te maken van de capacitieve gebalanceerde gate-pulsmodus. De donkere telling bedroeg 3,6 × 10⁻⁴/ns puls bij een pulsfrequentie van 1,5 MHz. Joseph P et al. ontwierpen een InGaAs APD-fotodetector met een mesa-structuur en een bredere bandgap, waarbij InGaAsP als absorptielaag werd gebruikt om een lagere donkere telling te verkrijgen zonder de detectie-efficiëntie te beïnvloeden.
De werkingsmodus van de InGaAs APD-fotodetector voor enkelvoudige fotonen is de vrije modus. Dit betekent dat de APD-fotodetector het perifere circuit moet uitschakelen na een lawine en vervolgens na een bepaalde tijd weer moet opstarten. Om de impact van de uitschakelvertraging te verminderen, wordt er grofweg onderscheid gemaakt tussen twee typen: Ten eerste het gebruik van een passief of actief uitschakelcircuit, zoals het actieve uitschakelcircuit dat bijvoorbeeld door R. Thew wordt gebruikt. Figuur (a) en (b) tonen een vereenvoudigd schema van de elektronische besturing en het actieve uitschakelcircuit en de verbinding met de APD-fotodetector. Deze is ontwikkeld voor gebruik in de gated- of vrije modus, waardoor het voorheen onopgeloste probleem van na-pulsen aanzienlijk wordt verminderd. Bovendien bedraagt de detectie-efficiëntie bij 1550 nm 10% en wordt de kans op na-pulsen teruggebracht tot minder dan 1%. Ten tweede wordt een snelle uitschakeling en herstel gerealiseerd door de bias-spanning te regelen. Omdat het niet afhankelijk is van de feedbackregeling van de lawinepuls, wordt de vertragingstijd van de quenching aanzienlijk verkort en de detectie-efficiëntie van de detector verbeterd. LC Comandar et al. gebruiken bijvoorbeeld de gated-modus. Er werd een gated-éénfotondetector op basis van InGaAs/InPAPD ontwikkeld. De éénfotondetectie-efficiëntie bedroeg meer dan 55% bij 1550 nm, en de post-pulskans van 7% werd bereikt. Op basis hiervan heeft de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China een liDAR-systeem opgezet met behulp van een multimodevezel die gelijktijdig gekoppeld is aan een free-mode InGaAs APD-fotodetector voor éénfotonen. De experimentele opstelling is weergegeven in figuur (c) en (d), en de detectie van meerlaagse wolken met een hoogte van 12 km is gerealiseerd met een tijdsresolutie van 1 seconde en een ruimtelijke resolutie van 15 meter.
Geplaatst op: 7 mei 2024