Φωτοανιχνευτής InGaAs ενός φωτονίου

Μονό φωτόνιοΦωτοανιχνευτής InGaAs

Με την ραγδαία ανάπτυξη του LiDAR, τοανίχνευση φωτόςΗ τεχνολογία και η τεχνολογία μέτρησης απόστασης που χρησιμοποιείται για την αυτόματη τεχνολογία απεικόνισης παρακολούθησης οχημάτων έχουν επίσης υψηλότερες απαιτήσεις, καθώς η ευαισθησία και η χρονική ανάλυση του ανιχνευτή που χρησιμοποιείται στην παραδοσιακή τεχνολογία ανίχνευσης χαμηλού φωτισμού δεν μπορούν να καλύψουν τις πραγματικές ανάγκες. Το μεμονωμένο φωτόνιο είναι η μικρότερη ενεργειακή μονάδα φωτός και ο ανιχνευτής με την ικανότητα ανίχνευσης μεμονωμένου φωτονίου είναι το τελικό εργαλείο ανίχνευσης χαμηλού φωτισμού. Σε σύγκριση με το InGaAsΦωτοανιχνευτής APD, οι ανιχνευτές μονοφωτονίου που βασίζονται σε φωτοανιχνευτή InGaAs APD έχουν υψηλότερη ταχύτητα απόκρισης, ευαισθησία και απόδοση. Ως εκ τούτου, έχει πραγματοποιηθεί μια σειρά ερευνών σχετικά με τους ανιχνευτές μονοφωτονίου φωτοανιχνευτή IN-GAAS APD στην εγχώρια και διεθνή αγορά.

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μιλάνου στην Ιταλία ανέπτυξαν για πρώτη φορά ένα δισδιάστατο μοντέλο για την προσομοίωση της παροδικής συμπεριφοράς ενός μόνο φωτονίου.φωτοανιχνευτής χιονοστιβάδαςτο 1997, και έδωσε αποτελέσματα αριθμητικής προσομοίωσης των μεταβατικών χαρακτηριστικών ενός φωτοανιχνευτή χιονοστιβάδας ενός φωτονίου. Στη συνέχεια, το 2006, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το MOCVD για να προετοιμάσουν ένα επίπεδο γεωμετρικόΦωτοανιχνευτής InGaAs APDανιχνευτή μονοφωτονίου, ο οποίος αύξησε την απόδοση ανίχνευσης μονοφωτονίου στο 10% μειώνοντας το ανακλαστικό στρώμα και ενισχύοντας το ηλεκτρικό πεδίο στην ετερογενή διεπαφή. Το 2014, βελτιώνοντας περαιτέρω τις συνθήκες διάχυσης ψευδαργύρου και βελτιστοποιώντας την κατακόρυφη δομή, ο ανιχνευτής μονοφωτονίου έχει υψηλότερη απόδοση ανίχνευσης, έως και 30%, και επιτυγχάνει χρονική διακύμανση περίπου 87 ps. Το 2016, οι SANZARO M et al. ενσωμάτωσαν τον ανιχνευτή μονοφωτονίου φωτοανιχνευτή InGaAs APD με μια μονολιθική ενσωματωμένη αντίσταση, σχεδίασαν μια συμπαγή μονάδα μέτρησης μονοφωτονίου βασισμένη στον ανιχνευτή και πρότειναν μια υβριδική μέθοδο απόσβεσης που μείωσε σημαντικά το φορτίο χιονοστιβάδας, μειώνοντας έτσι την μεταπαλμική και την οπτική διασταύρωση, και μειώνοντας τη χρονική διακύμανση στα 70 ps. Ταυτόχρονα, άλλες ερευνητικές ομάδες έχουν επίσης διεξάγει έρευνα για την InGaAs APD.φωτοανιχνευτήςΑνιχνευτής ενός φωτονίου. Για παράδειγμα, το Princeton Lightwave σχεδίασε έναν ανιχνευτή ενός φωτονίου InGaAs/InPAPD με επίπεδη δομή και τον έθεσε σε εμπορική χρήση. Το Ινστιτούτο Τεχνικής Φυσικής της Σαγκάης δοκίμασε την απόδοση ενός φωτοανιχνευτή APD με ένα φωτόνιο χρησιμοποιώντας την αφαίρεση των εναποθέσεων ψευδαργύρου και την χωρητική λειτουργία παλμού εξισορροπημένης πύλης με σκοτεινό αριθμό παλμών 3,6 × 10 ⁻⁴/ns σε συχνότητα παλμού 1,5 MHz. Οι Joseph P και οι συνεργάτες του σχεδίασαν τον ανιχνευτή ενός φωτονίου InGaAs APD με δομή mesa με ευρύτερο ενεργειακό χάσμα και χρησιμοποίησαν InGaAsP ως υλικό απορροφητικού στρώματος για να επιτύχουν χαμηλότερο αριθμό σκότους χωρίς να επηρεαστεί η απόδοση ανίχνευσης.

Ο τρόπος λειτουργίας του φωτοανιχνευτή InGaAs APD με μονοφωτονικό ανιχνευτή είναι η ελεύθερη λειτουργία, δηλαδή ο φωτοανιχνευτής APD πρέπει να σβήσει το περιφερειακό κύκλωμα μετά από μια χιονοστιβάδα και να ανακάμψει μετά την απόσβεση για ένα χρονικό διάστημα. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση του χρόνου καθυστέρησης απόσβεσης, χωρίζεται σε δύο τύπους: Ο ένας είναι η χρήση παθητικού ή ενεργού κυκλώματος απόσβεσης για την επίτευξη απόσβεσης, όπως το ενεργό κύκλωμα απόσβεσης που χρησιμοποιείται από τον R Thew, κ.λπ. Τα Σχήματα (α), (β) είναι ένα απλοποιημένο διάγραμμα του ηλεκτρονικού ελέγχου και του κυκλώματος ενεργού απόσβεσης και η σύνδεσή του με τον φωτοανιχνευτή APD, ο οποίος έχει αναπτυχθεί για να λειτουργεί σε λειτουργία gated ή ελεύθερης λειτουργίας, μειώνοντας σημαντικά το προηγουμένως μη πραγματοποιημένο πρόβλημα μετά τον παλμό. Επιπλέον, η απόδοση ανίχνευσης στα 1550 nm είναι 10% και η πιθανότητα μετά τον παλμό μειώνεται σε λιγότερο από 1%. Ο δεύτερος είναι η επίτευξη γρήγορης απόσβεσης και ανάκτησης ελέγχοντας το επίπεδο τάσης πόλωσης. Δεδομένου ότι δεν εξαρτάται από τον έλεγχο ανάδρασης του παλμού χιονοστιβάδας, ο χρόνος καθυστέρησης απόσβεσης μειώνεται σημαντικά και η απόδοση ανίχνευσης του ανιχνευτή βελτιώνεται. Για παράδειγμα, οι LC Comandar et al. χρησιμοποιούν την gated mode. Παρασκευάστηκε ένας gated ανιχνευτής μονοφωτονίου βασισμένος σε InGaAs/InPAPD. Η απόδοση ανίχνευσης μονοφωτονίου ήταν πάνω από 55% στα 1550 nm και επιτεύχθηκε πιθανότητα μετά τον παλμό 7%. Σε αυτή τη βάση, το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας δημιούργησε ένα σύστημα liDAR χρησιμοποιώντας πολυτροπική ίνα ταυτόχρονα σε συνδυασμό με έναν φωτοανιχνευτή μονοφωτονίου InGaAs APD ελεύθερης λειτουργίας. Ο πειραματικός εξοπλισμός φαίνεται στα Σχήματα (c) και (d) και η ανίχνευση πολυστρωματικών νεφών με ύψος 12 km πραγματοποιείται με χρονική ανάλυση 1 s και χωρική ανάλυση 15 m.