Viena fotona InGaAs fotodetektors

Viens fotonsInGaAs fotodetektors

Strauji attīstoties LiDAR,gaismas noteikšanatehnoloģijai un diapazona tehnoloģijai, ko izmanto automātiskai transportlīdzekļu izsekošanas attēlveidošanas tehnoloģijai, ir arī augstākas prasības, tradicionālajā vāja apgaismojuma noteikšanas tehnoloģijā izmantotā detektora jutīgums un laika izšķirtspēja nevar apmierināt faktiskās vajadzības. Viens fotons ir mazākā gaismas enerģijas vienība, un detektors ar viena fotona noteikšanas spēju ir pēdējais vāja apgaismojuma noteikšanas instruments. Salīdzinot ar InGaAsAPD fotodetektors, viena fotona detektoriem, kuru pamatā ir InGaAs APD fotodetektors, ir lielāks reakcijas ātrums, jutība un efektivitāte. Tāpēc mājās un ārzemēs ir veikta virkne pētījumu par IN-GAAS APD fotodetektoru viena fotona detektoriem.

Pētnieki no Milānas Universitātes Itālijā vispirms izstrādāja divdimensiju modeli, lai modelētu viena fotona pārejošu uzvedību.lavīnu fotodetektors1997. gadā un sniedza viena fotona lavīnas fotodetektora pārejošo raksturlielumu skaitliskas simulācijas rezultātus. Pēc tam 2006. gadā pētnieki izmantoja MOCVD, lai sagatavotu plakanu ģeometrijuInGaAs APD fotodetektorsviena fotona detektors, kas palielināja viena fotona noteikšanas efektivitāti līdz 10%, samazinot atstarojošo slāni un uzlabojot elektrisko lauku neviendabīgā saskarnē. 2014. gadā, vēl vairāk uzlabojot cinka difūzijas apstākļus un optimizējot vertikālo struktūru, viena fotona detektoram ir augstāka noteikšanas efektivitāte, līdz pat 30%, un tas sasniedz aptuveni 87 ps laika nervozitāti. 2016. gadā SANZARO M et al. integrēja InGaAs APD fotodetektora viena fotona detektoru ar monolītu integrētu rezistoru, izstrādāja kompaktu viena fotona skaitīšanas moduli, pamatojoties uz detektoru, un ierosināja hibrīda dzēšanas metodi, kas ievērojami samazināja lavīnas lādiņu, tādējādi samazinot pēcimpulsa un optisko šķērsrunu, un samazinot laika nervozitāti līdz 70 ps. Tajā pašā laikā citas pētniecības grupas ir veikušas arī InGaAs APD pētījumusfotodetektorsviena fotona detektors. Piemēram, Princeton Lightwave ir izstrādājis InGaAs/InPAPD viena fotona detektoru ar plakanu struktūru un nodevis to komerciālai lietošanai. Šanhajas Tehniskās fizikas institūts pārbaudīja APD fotodetektora viena fotona veiktspēju, izmantojot cinka nogulšņu noņemšanu un kapacitatīvo līdzsvaroto vārtu impulsu režīmu ar tumšo impulsu skaitu 3,6 × 10⁻⁴/ns ar impulsa frekvenci 1,5 MHz. Džozefs P et al. izstrādāja mesa struktūras InGaAs APD fotodetektora viena fotona detektoru ar plašāku joslas atstarpi un izmantoja InGaAsP kā absorbējošā slāņa materiālu, lai iegūtu zemāku tumšo skaitu, neietekmējot noteikšanas efektivitāti.

InGaAs APD fotodetektora viena fotona detektora darbības režīms ir brīvais darbības režīms, tas ir, APD fotodetektoram pēc lavīnas ir jādzēš perifērā ķēde un pēc tam uz noteiktu laiku jāatjaunojas. Lai samazinātu dzēšanas aizkaves laika ietekmi, to aptuveni iedala divos veidos: viens ir pasīvās vai aktīvās dzēšanas ķēdes izmantošana, lai panāktu dzēšanu, piemēram, aktīvo dzēšanas ķēdi, ko izmanto R Thew utt. Attēls (a) , (b) ir vienkāršota shēma elektroniskajai vadības un aktīvās dzēšanas shēmai un tās savienojumam ar APD fotodetektoru, kas ir izstrādāta darbam vārtos vai brīvas darbības režīmā, būtiski samazinot iepriekš nerealizēto pēcimpulsa problēmu. Turklāt noteikšanas efektivitāte pie 1550 nm ir 10%, un pēcimpulsa varbūtība ir samazināta līdz mazāk nekā 1%. Otrais ir realizēt ātru dzēšanu un atjaunošanu, kontrolējot nobīdes sprieguma līmeni. Tā kā tas nav atkarīgs no lavīnas impulsa atgriezeniskās saites kontroles, tiek ievērojami samazināts dzēšanas aizkaves laiks un uzlabojas detektora noteikšanas efektivitāte. Piemēram, LC Comandar et al izmanto ierobežoto režīmu. Tika sagatavots slēgts viena fotona detektors, kura pamatā ir InGaAs / InPAPD. Viena fotona noteikšanas efektivitāte bija lielāka par 55% pie 1550 nm, un tika sasniegta pēcimpulsa varbūtība 7%. Pamatojoties uz to, Ķīnas Zinātnes un tehnoloģijas universitāte izveidoja liDAR sistēmu, izmantojot vairāku režīmu šķiedru, kas vienlaikus savienota ar brīvā režīma InGaAs APD fotodetektora viena fotona detektoru. Eksperimentālā iekārta ir parādīta (c) un (d) attēlā, un daudzslāņu mākoņu noteikšana ar augstumu 12 km tiek realizēta ar laika izšķirtspēju 1 s un telpisko izšķirtspēju 15 m.