Jednofotónový fotodetektor InGaAs

Jediný fotónFotodetektor InGaAs

S rýchlym vývojom LiDAR,detekcia svetlaTechnológia a technológia určovania vzdialenosti používaná na zobrazovaciu technológiu automatického sledovania vozidiel má tiež vyššie požiadavky, citlivosť a časové rozlíšenie detektora používaného v tradičnej technológii detekcie slabého osvetlenia nemôže spĺňať skutočné potreby. Jediný fotón je najmenšia energetická jednotka svetla a detektor so schopnosťou detekcie jedného fotónu je konečným nástrojom detekcie slabého osvetlenia. V porovnaní s InGaAsAPD fotodetektor, jednofotónové detektory založené na InGaAs APD fotodetektore majú vyššiu rýchlosť odozvy, citlivosť a účinnosť. Preto sa doma iv zahraničí uskutočnila séria výskumov jednofotónových fotodetektorových detektorov IN-GAAS APD.

Vedci z Milánskej univerzity v Taliansku najprv vyvinuli dvojrozmerný model na simuláciu prechodného správania jedného fotónu.lavínový fotodetektorv roku 1997 a poskytli výsledky numerickej simulácie prechodových charakteristík jednofotónového lavínového fotodetektora. Potom v roku 2006 výskumníci použili MOCVD na prípravu rovinnej geometrieFotodetektor InGaAs APDjednofotónový detektor, ktorý zvýšil účinnosť jednofotónovej detekcie na 10 % znížením reflexnej vrstvy a zvýšením elektrického poľa na heterogénnom rozhraní. V roku 2014 ďalším zlepšením podmienok difúzie zinku a optimalizáciou vertikálnej štruktúry má jednofotónový detektor vyššiu účinnosť detekcie, až o 30%, a dosahuje časovací jitter asi 87 ps. V roku 2016 SANZARO M a spol. integroval InGaAs APD fotodetektorový jednofotónový detektor s monolitickým integrovaným odporom, navrhol kompaktný jednofotónový počítací modul založený na detektore a navrhol hybridnú metódu zhášania, ktorá výrazne znížila lavínový náboj, čím sa znížili postpulzné a optické presluchy a zníženie časovania na 70 ps. Zároveň aj iné výskumné skupiny uskutočnili výskum InGaAs APDfotodetektorjednofotónový detektor. Napríklad Princeton Lightwave navrhol InGaAs/InPAPD jednofotónový detektor s planárnou štruktúrou a dal ho do komerčného využitia. Inštitút technickej fyziky v Šanghaji testoval jednofotónový výkon fotodetektora APD pomocou odstraňovania zinkových usadenín a kapacitného vyváženého režimu hradlových impulzov s tmavým počtom impulzov 3,6 × 10 ⁻⁴/ns pri frekvencii impulzov 1,5 MHz. Joseph P a spol. navrhol mesa štruktúru InGaAs APD fotodetektor jednofotónový detektor so širšou bandgap a použil InGaAsP ako materiál absorbujúcej vrstvy na získanie nižšieho počtu tmy bez ovplyvnenia účinnosti detekcie.

Prevádzkový režim jednofotónového detektora InGaAs APD fotodetektora je voľný prevádzkový režim, to znamená, že fotodetektor APD potrebuje uhasiť periférny obvod po výskyte lavíny a zotaviť sa po zhášaní na určitý čas. Aby sa znížil vplyv doby oneskorenia zhášania, je zhruba rozdelený na dva typy: Prvým je použitie pasívneho alebo aktívneho zhášacieho obvodu na dosiahnutie zhášania, ako je napríklad aktívny zhášací obvod používaný R Thew atď. Obrázok (a) , (b) je zjednodušená schéma elektronického riadiaceho a aktívneho zhášacieho obvodu a jeho spojenia s fotodetektorom APD, ktorý bol vyvinutý pre prácu v hradlovom alebo voľnom chode, čím sa výrazne znižuje predtým nerealizovaný post-pulzný problém. Okrem toho je účinnosť detekcie pri 1550 nm 10 % a pravdepodobnosť post-pulzu je znížená na menej ako 1 %. Druhým je realizácia rýchleho zhášania a obnovy riadením úrovne predpätia. Keďže nezávisí od spätnoväzbového riadenia lavínového impulzu, výrazne sa skráti čas oneskorenia ochladzovania a zlepší sa detekčná účinnosť detektora. Napríklad LC Comandar a kol. používajú hradlovaný režim. Bol pripravený gatovaný jednofotónový detektor založený na InGaAs/InPAPD. Účinnosť detekcie jedného fotónu bola viac ako 55 % pri 1550 nm a dosiahla sa pravdepodobnosť po impulze 7 %. Na tomto základe Čínska univerzita pre vedu a technológiu vytvorila systém liDAR využívajúci multimódové vlákno súčasne spojené s fotodetektorom InGaAs APD s voľným režimom a jednofotónovým detektorom. Experimentálne zariadenie je znázornené na obrázku (c) a (d) a detekcia viacvrstvovej oblačnosti s výškou 12 km je realizovaná s časovým rozlíšením 1 s a priestorovým rozlíšením 15 m.