Vieno fotono InGaAs fotodetektorius

Vienas fotonasInGaAs fotodetektorius

Sparčiai tobulėjant LiDAR,šviesos aptikimasAutomatinio transporto priemonių sekimo vaizdo gavimo technologijoms naudojamos technologijos ir atstumo matavimo technologijos taip pat kelia aukštesnius reikalavimus, tačiau tradicinėse silpno apšvietimo aptikimo technologijose naudojamo detektoriaus jautrumas ir laiko skiriamoji geba negali patenkinti realių poreikių. Vienas fotonas yra mažiausias šviesos energijos vienetas, o detektorius, turintis vieno fotono aptikimo galimybę, yra galutinis silpno apšvietimo aptikimo įrankis. Palyginti su InGaAs.APD fotodetektorius„InGaAs APD“ fotodetektoriaus pagrindu sukurti vieno fotono detektoriai pasižymi didesniu atsako greičiu, jautrumu ir efektyvumu. Todėl šalyje ir užsienyje buvo atlikta eilė IN-GAAS APD fotodetektorių vieno fotono detektorių tyrimų.

Milano universiteto (Italija) tyrėjai pirmą kartą sukūrė dvimatį modelį, skirtą imituoti vieno fotono trumpalaikį elgesį.lavinos fotodetektorius1997 m. ir pateikė vieno fotono lavinos fotodetektoriaus pereinamųjų charakteristikų skaitmeninio modeliavimo rezultatus. Vėliau, 2006 m., tyrėjai panaudojo MOCVD, kad parengtų plokštuminį geometrinįInGaAs APD fotodetektoriusvieno fotono detektorius, kuris padidino vieno fotono aptikimo efektyvumą iki 10 %, sumažindamas atspindintį sluoksnį ir sustiprindamas elektrinį lauką nevienalytėje sąsajoje. 2014 m., dar labiau pagerinus cinko difuzijos sąlygas ir optimizavus vertikalią struktūrą, vieno fotono detektorius pasižymi didesniu aptikimo efektyvumu – iki 30 % – ir pasiekia apie 87 ps laiko virpesį. 2016 m. SANZARO M ir kt. integravo „InGaAs APD“ fotodetektorių su vieno fotono detektoriumi su monolitiniu integruotu rezistoriumi, suprojektavo kompaktišką vieno fotono skaičiavimo modulį, pagrįstą detektoriumi, ir pasiūlė hibridinį gesinimo metodą, kuris žymiai sumažino lavinos krūvį, taip sumažindamas poimpulsinį ir optinį pertrūkį bei sumažindamas laiko virpesį iki 70 ps. Tuo pačiu metu kitos tyrimų grupės taip pat atliko „InGaAs APD“ tyrimus.fotodetektoriusPavienių fotonų detektorius. Pavyzdžiui, „Princeton Lightwave“ sukūrė plokštuminės struktūros „InGaAs/InPAPD“ pavienių fotonų detektorių ir pradėjo jį naudoti komerciniais tikslais. Šanchajaus techninės fizikos institutas išbandė APD fotodetektoriaus pavienių fotonų veikimą, pašalindamas cinko nuosėdas ir naudodamas talpinį subalansuotą vartų impulsų režimą su 3,6 × 10⁻⁴/ns tamsos skaičiumi, kurio impulsų dažnis yra 1,5 MHz. Joseph P ir kt. suprojektavo mezos struktūros „InGaAs“ APD fotodetektorių – pavienių fotonų detektorių su platesne draudžiamąja juosta ir kaip sugeriančio sluoksnio medžiagą panaudojo InGaAsP, kad gautų mažesnį tamsos skaičių, nepaveikiant aptikimo efektyvumo.

„InGaAs APD“ fotodetektoriaus pavienių fotonų detektoriaus veikimo režimas yra laisvasis režimas, t. y. APD fotodetektorius turi gesinti periferinę grandinę po lavinos ir po tam tikro laiko atsigauti po gesinimo. Siekiant sumažinti gesinimo uždelsimo laiko poveikį, jis yra grubiai suskirstytas į du tipus: vienas – naudoti pasyviąją arba aktyviąją gesinimo grandinę gesinimui pasiekti, pavyzdžiui, aktyviąją gesinimo grandinę, kurią naudoja „R Thew“ ir kt. (a) ir (b) paveiksluose pavaizduota supaprastinta elektroninės valdymo ir aktyviosios gesinimo grandinės bei jos ryšio su APD fotodetektoriumi schema, kuri buvo sukurta veikti uždaru arba laisvuoju režimu, žymiai sumažinant anksčiau neįgyvendintą poimpulsinio signalo problemą. Be to, aptikimo efektyvumas esant 1550 nm yra 10 %, o poimpulsinio signalo tikimybė sumažinama iki mažiau nei 1 %. Antrasis – greitas gesinimas ir atkūrimas, kontroliuojant poslinkio įtampos lygį. Kadangi tai nepriklauso nuo lavinos impulso grįžtamojo ryšio valdymo, gesinimo uždelsimo laikas žymiai sumažėja ir pagerėja detektoriaus aptikimo efektyvumas. Pavyzdžiui, LC Comandar ir kt. naudojo uždaromą režimą. Buvo sukurtas uždaras vieno fotono detektorius, pagrįstas InGaAs/InPAPD. Vieno fotono aptikimo efektyvumas esant 1550 nm bangos ilgiui buvo didesnis nei 55 %, o po impulso tikimybė siekė 7 %. Tuo remdamasis Kinijos mokslo ir technologijų universitetas sukūrė liDAR sistemą, naudodamas daugiamodį šviesolaidį, vienu metu sujungtą su laisvojo režimo InGaAs APD fotodetektoriumi-vieno fotono detektoriumi. Eksperimentinė įranga parodyta (c) ir (d) paveiksluose, o daugiasluoksnių 12 km aukščio debesų aptikimas realizuojamas 1 s laiko skiriamąja geba ir 15 m erdvine skiriamąja geba.