Enkel fotonInGaAs-fotodetector
Met de snelle ontwikkeling van LiDAR, delichtdetectieDe technologie en afstandsbepalingstechnologie die worden gebruikt voor automatische voertuigvolgtechnologie stellen ook hogere eisen. De gevoeligheid en tijdsresolutie van de detector die wordt gebruikt in traditionele detectietechnologie bij weinig licht, kunnen niet aan de werkelijke behoeften voldoen. Een enkel foton is de kleinste energie-eenheid van licht, en de detector met de mogelijkheid tot enkelvoudige fotondetectie is het ultieme hulpmiddel voor detectie bij weinig licht. Vergeleken met InGaAs.APD-fotodetectorEnkelvoudige fotondetectoren gebaseerd op de InGaAs APD-fotodetector hebben een hogere responssnelheid, gevoeligheid en efficiëntie. Daarom is er in binnen- en buitenland een reeks onderzoeken uitgevoerd naar enkelvoudige fotondetectoren gebaseerd op de In-GAAS APD-fotodetector.
Onderzoekers van de Universiteit van Milaan in Italië hebben voor het eerst een tweedimensionaal model ontwikkeld om het transiënte gedrag van een enkel foton te simulerenlawine fotodetectorin 1997, en leverde numerieke simulatieresultaten op van de transiënte kenmerken van een enkele fotonlawinefotodetector. Vervolgens gebruikten de onderzoekers in 2006 MOCVD om een planaire geometrischeInGaAs APD-fotodetectorEnkelvoudige fotonendetector, die de detectie-efficiëntie van enkelvoudige fotonen verhoogde tot 10% door de reflecterende laag te verkleinen en het elektrische veld op de heterogene interface te versterken. In 2014, door de zinkdiffusiecondities verder te verbeteren en de verticale structuur te optimaliseren, heeft de enkelvoudige fotonendetector een hogere detectie-efficiëntie, tot wel 30%, en bereikt 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 enkelvoudige fotontelmodule op basis van de detector en stelden een hybride blusmethode voor die de lawinelading aanzienlijk verminderde, waardoor post-puls en optische overspraak werden verminderd, en de timingjitter werd teruggebracht tot 70 ps. Tegelijkertijd hebben andere onderzoeksgroepen ook onderzoek gedaan naar InGaAs APD.fotodetectorEnkelvoudige fotondetector. Princeton Lightwave heeft bijvoorbeeld een InGaAs/InPAPD enkelvoudige fotondetector met een planaire structuur ontworpen en commercieel in gebruik genomen. Het Shanghai Institute of Technical Physics testte de enkelvoudige fotonprestaties van de APD-fotodetector met behulp van het verwijderen van zinkafzettingen en de capacitieve gebalanceerde gatepulsmodus met een dark count van 3,6 × 10 ⁻⁴/ns bij een pulsfrequentie van 1,5 MHz. Joseph P. et al. ontwierpen de InGaAs APD-fotodetector met mesastructuur en een bredere bandgap en gebruikten InGaAsP als absorberend laagmateriaal om een lagere dark count te verkrijgen zonder de detectie-efficiëntie te beïnvloeden.
De werkingsmodus van de InGaAs APD-fotodetector met enkelvoudige fotonendetector is de vrije werkingsmodus. Dit betekent dat de APD-fotodetector het perifere circuit moet doven na een lawine en na een bepaalde tijd moet herstellen. Om de impact van de doofvertraging te verminderen, wordt deze grofweg onderverdeeld in twee typen: De eerste is het gebruik van een passief of actief doofcircuit om doven te bereiken, zoals het actieve doofcircuit dat wordt gebruikt door R Thew, enz. Figuur (a), (b) is een vereenvoudigd diagram van het elektronische besturings- en actieve doofcircuit en de verbinding ervan met de APD-fotodetector, die is ontwikkeld om te werken in een gated of vrije werkingsmodus, waardoor het voorheen niet-gerealiseerde postpulsprobleem aanzienlijk wordt verminderd. Bovendien is de detectie-efficiëntie bij 1550 nm 10% en is de kans op postpuls gereduceerd tot minder dan 1%. De tweede is het realiseren van snelle doving en herstel door het niveau van de biasspanning te regelen. Omdat het niet afhankelijk is van de feedbackregeling van de lawinepuls, wordt de vertraging van de quenching aanzienlijk verkort en de detectie-efficiëntie van de detector verbeterd. LC Comandar et al. gebruiken bijvoorbeeld de gated mode. Er werd een gated single-photon detector op basis van InGaAs/InPAPD ontwikkeld. De detectie-efficiëntie van single-photons bedroeg meer dan 55% bij 1550 nm en de post-pulswaarschijnlijkheid van 7% werd bereikt. Op basis hiervan ontwikkelde de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China een LiDAR-systeem met multi-mode glasvezel, gelijktijdig gekoppeld aan een free-mode InGaAs APD fotodetector voor single-photons. De experimentele apparatuur is weergegeven in figuur (c) en (d), en de detectie van meerlaagse wolken met een hoogte van 12 km wordt gerealiseerd met een tijdsresolutie van 1 s en een ruimtelijke resolutie van 15 m.
Geplaatst op: 7 mei 2024