Единичен фотонInGaAs фотодетектор
С бързото развитие на LiDAR,откриване на светлинаТехнологията и технологията за измерване на разстояние, използвани за автоматично проследяване на превозни средства, също имат по-високи изисквания, чувствителността и времевата резолюция на детектора, използван в традиционната технология за откриване на слаба светлина, не могат да отговорят на реалните нужди. Единичният фотон е най-малката енергийна единица светлина, а детекторът със способност за откриване на единични фотони е най-добрият инструмент за откриване на слаба светлина. В сравнение с InGaAsAPD фотодетекторЕднофотонните детектори, базирани на InGaAs APD фотодетектор, имат по-висока скорост на реакция, чувствителност и ефективност. Поради това е проведена серия от изследвания върху еднофотонни IN-GAAS APD фотодетектори в страната и чужбина.
Изследователи от Миланския университет в Италия за първи път разработиха двуизмерен модел, за да симулират преходното поведение на един фотон.лавинов фотодетекторпрез 1997 г. и представиха резултати от числено симулиране на преходните характеристики на фотодетектор с лавина от единични фотони. След това, през 2006 г., изследователите използваха MOCVD, за да подготвят планарна геометричнаInGaAs APD фотодетектореднофотонен детектор, който увеличи ефективността на детектиране на единични фотони до 10% чрез намаляване на отразяващия слой и усилване на електрическото поле на хетерогенния интерфейс. През 2014 г., чрез допълнително подобряване на условията на дифузия на цинка и оптимизиране на вертикалната структура, еднофотонният детектор има по-висока ефективност на детектиране, до 30%, и постига трептене на времето от около 87 ps. През 2016 г. SANZARO M и др. интегрираха еднофотонния фотодетектор InGaAs APD с монолитен интегриран резистор, проектираха компактен модул за броене на единични фотони, базиран на детектора, и предложиха хибриден метод за гасене, който значително намали лавинния заряд, като по този начин намали пост-импулсното и оптичното кръстосано смущение и намали трептенето на времето до 70 ps. В същото време други изследователски групи също проведоха изследвания върху InGaAs APD.фотодетектордетектор за единични фотони. Например, Princeton Lightwave е проектирал InGaAs/InPAPD детектор за единични фотони с планарна структура и го е пуснал в търговска употреба. Шанхайският институт по техническа физика е тествал производителността на APD фотодетектора при единични фотони, използвайки отстраняване на цинкови отлагания и режим на капацитивен балансиран импулсен режим с тъмно броене от 3,6 × 10⁻⁴/ns импулс при честота на импулсите 1,5 MHz. Joseph P et al. са проектирали меза структурата InGaAs APD фотодетектор за единични фотони с по-широка забранена зона и са използвали InGaAsP като материал на абсорбиращия слой, за да получат по-ниско тъмно броене, без да се влияе на ефективността на детекция.
Режимът на работа на еднофотонния InGaAs APD фотодетектор е режим на свободна работа, т.е. APD фотодетекторът трябва да загаси периферната верига след лавина и да се възстанови след загасването за определен период от време. За да се намали влиянието на времето за забавяне на загасването, той грубо се разделя на два типа: Единият е използване на пасивна или активна схема за загасване за постигане на загасване, като например схемата за активно загасване, използвана от R Thew и др. Фигура (a), (b) е опростена диаграма на електронното управление и схемата за активно загасване и тяхната връзка с APD фотодетектора, който е разработен да работи в режим на затворен или свободен ход, което значително намалява нереализиран досега проблем с пост-импулса. Освен това, ефективността на детектиране при 1550 nm е 10%, а вероятността за пост-импулс е намалена до по-малко от 1%. Вторият е реализиране на бързо загасване и възстановяване чрез контролиране на нивото на напрежението на отклонение. Тъй като не зависи от обратната връзка на лавинния импулс, времето за забавяне на загасването е значително намалено и ефективността на детектиране на детектора е подобрена. Например, LC Comandar и др. използват режим с ограничен достъп. Подготвен е детектор с единични фотони с ограничен достъп, базиран на InGaAs/InPAPD. Ефективността на детектиране на единични фотони е над 55% при 1550 nm, а вероятността за пост-импулс е 7%. На тази основа, Университетът за наука и технологии на Китай създаде liDAR система, използваща многомодово влакно, едновременно свързано със свободномодов InGaAs APD фотодетектор с единични фотони. Експерименталното оборудване е показано на фигура (c) и (d), а детектирането на многослойни облаци с височина 12 km се осъществява с времева резолюция от 1 s и пространствена резолюция от 15 m.
Време на публикуване: 07 май 2024 г.