Единичен фотонInGaAs фотодетектор
С бързото развитие на LiDAR,откриване на светлинатехнологията и технологията за обхват, използвани за автоматично проследяване на превозни средства, технологията за изображения също имат по-високи изисквания, чувствителността и времевата разделителна способност на детектора, използвани в традиционната технология за откриване на слаба светлина, не могат да отговорят на действителните нужди. Единичният фотон е най-малката енергийна единица светлина, а детекторът с възможност за откриване на единичен фотон е последният инструмент за откриване на слаба светлина. В сравнение с InGaAsAPD фотодетектор, еднофотонните детектори, базирани на InGaAs APD фотодетектор, имат по-висока скорост на реакция, чувствителност и ефективност. Ето защо, серия от изследвания на IN-GAAS APD фотодетектори с единични фотони са проведени у нас и в чужбина.
Изследователи от университета в Милано в Италия за първи път разработиха двуизмерен модел за симулиране на преходното поведение на един фотонлавинен фотодетекторпрез 1997 г. и дава резултати от числена симулация на преходните характеристики на фотодетектор за лавина с един фотон. След това през 2006 г. изследователите използваха MOCVD, за да подготвят планарна геометрияInGaAs APD фотодетектордетектор с един фотон, който увеличи ефективността на детекция на един фотон до 10% чрез намаляване на отразяващия слой и засилване на електрическото поле в 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 откриване, до 30%, и постига трептене на времето от около 87 ps. През 2016 г. SANZARO M et al. интегрира еднофотонния детектор на InGaAs APD фотодетектора с монолитен интегриран резистор, проектира компактен модул за броене на единични фотони, базиран на детектора, и предложи хибриден метод за охлаждане, който значително намалява лавинния заряд, като по този начин намалява пост-импулсното и оптичното пресичане, и намаляване на трептенето на времето до 70 ps. В същото време други изследователски групи също са извършили изследвания върху InGaAs APDфотодетекторединичен фотонен детектор. Например Princeton Lightwave е проектирал InGaAs/InPAPD единичен фотонен детектор с планарна структура и го е пуснал в търговска употреба. Шанхайският институт по техническа физика тества еднофотонната производителност на APD фотодетектора, използвайки отстраняването на цинкови отлагания и импулсния режим на капацитивен балансиран гейт с тъмен брой от 3,6 × 10 ⁻⁴/ns импулс при честота на импулс от 1,5 MHz. Joseph P et al. проектира меза структурата InGaAs APD фотодетектор с единичен фотон детектор с по-широка ширина на лентата и използва InGaAsP като материал на абсорбиращия слой, за да получи по-нисък тъмен брой, без да засяга ефективността на откриване.
Режимът на работа на единичния фотонен детектор InGaAs APD фотодетектор е режим на свободна работа, т.е. фотодетекторът APD трябва да потуши периферната верига след възникване на лавина и да се възстанови след потушаване за определен период от време. За да се намали въздействието на времето за забавяне на охлаждането, то грубо се разделя на два типа: Единият е да се използва пасивна или активна охлаждаща верига за постигане на охлаждане, като активната верига за охлаждане, използвана от R Thew и т.н. Фигура (a) , (b) е опростена диаграма на веригата за електронно управление и активно охлаждане и нейната връзка с APD фотодетектор, който е разработен да работи в затворен или свободен режим на работа, като значително намалява нереализирания преди това проблем след импулса. Освен това, ефективността на откриване при 1550 nm е 10%, а вероятността за постимпулс е намалена до по-малко от 1%. Второто е да се реализира бързо охлаждане и възстановяване чрез контролиране на нивото на преднапрежение. Тъй като не зависи от управлението на обратната връзка на лавинния импулс, времето на забавяне на охлаждането е значително намалено и ефективността на откриване на детектора е подобрена. Например LC Comandar и други използват затворения режим. Подготвен е затворен еднофотонен детектор на базата на InGaAs/InPAPD. Ефективността на откриване на един фотон е над 55% при 1550 nm и е постигната вероятност след импулса от 7%. На тази основа Китайският университет за наука и технологии създаде liDAR система, използваща многомодово влакно, съчетано едновременно с еднофотонен фотодетектор InGaAs APD в свободен режим. Експерименталното оборудване е показано на фигура (c) и (d), а откриването на многослойни облаци с височина 12 km се осъществява с времева разделителна способност 1 s и пространствена разделителна способност 15 m.
Време на публикуване: 7 май 2024 г