Μονό φωτόνιοΦωτοανιχνευτής InGaAs
Με την ταχεία ανάπτυξη του LiDAR, τοανίχνευση φωτόςΗ τεχνολογία και η τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την αυτόματη τεχνολογία απεικόνισης παρακολούθησης οχημάτων έχουν επίσης υψηλότερες απαιτήσεις, η ευαισθησία και η χρονική ανάλυση του ανιχνευτή που χρησιμοποιείται στην παραδοσιακή τεχνολογία ανίχνευσης χαμηλού φωτισμού δεν μπορεί να καλύψει τις πραγματικές ανάγκες. Το απλό φωτόνιο είναι η μικρότερη ενεργειακή μονάδα φωτός και ο ανιχνευτής με την ικανότητα ανίχνευσης ενός φωτονίου είναι το τελικό εργαλείο ανίχνευσης χαμηλού φωτισμού. Σε σύγκριση με το InGaAsΦωτοανιχνευτής APD, οι ανιχνευτές ενός φωτονίου που βασίζονται στον φωτοανιχνευτή InGaAs APD έχουν υψηλότερη ταχύτητα απόκρισης, ευαισθησία και αποτελεσματικότητα. Ως εκ τούτου, μια σειρά ερευνών για ανιχνευτές μονής φωτονίου φωτοανιχνευτών IN-GAAS APD έχουν πραγματοποιηθεί στο εσωτερικό και στο εξωτερικό.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μιλάνου στην Ιταλία ανέπτυξαν για πρώτη φορά ένα δισδιάστατο μοντέλο για την προσομοίωση της παροδικής συμπεριφοράς ενός μόνο φωτονίουφωτοανιχνευτής χιονοστιβάδαςτο 1997, και έδωσε αριθμητικά αποτελέσματα προσομοίωσης των παροδικών χαρακτηριστικών ενός φωτοανιχνευτή χιονοστιβάδας ενός φωτονίου. Στη συνέχεια, το 2006, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το MOCVD για να προετοιμάσουν ένα επίπεδο γεωμετρικόΦωτοανιχνευτής InGaAs APDανιχνευτής ενός φωτονίου, ο οποίος αύξησε την απόδοση ανίχνευσης ενός φωτονίου 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 ενός φωτονίου έχει υψηλότερη απόδοση ανίχνευσης, έως και 30%, και επιτυγχάνει ένα τρεμόπαιγμα χρονισμού περίπου 87 ps. Το 2016, οι SANZARO M et al. ενσωμάτωσε τον ανιχνευτή μονοφωτόνιου φωτοανιχνευτή InGaAs APD με μια μονολιθική ενσωματωμένη αντίσταση, σχεδίασε μια συμπαγή μονάδα μέτρησης μονοφωτονίου βασισμένη στον ανιχνευτή και πρότεινε μια υβριδική μέθοδο σβέσης που μείωσε σημαντικά το φορτίο χιονοστιβάδας, μειώνοντας έτσι τη μετα-παλμική και οπτική διαφωνία και μειώνοντας το jitter χρονισμού στα 70 ps. Ταυτόχρονα, άλλες ερευνητικές ομάδες έχουν επίσης πραγματοποιήσει έρευνα για το InGaAs APDφωτοανιχνευτήςανιχνευτής ενός φωτονίου. Για παράδειγμα, η Princeton Lightwave έχει σχεδιάσει έναν ανιχνευτή μονού φωτονίου InGaAs/InPAPD με επίπεδη δομή και τον έθεσε σε εμπορική χρήση. Το Ινστιτούτο Τεχνικής Φυσικής της Σαγκάης εξέτασε την απόδοση ενός φωτονίου του φωτοανιχνευτή APD χρησιμοποιώντας την αφαίρεση εναποθέσεων ψευδαργύρου και τη λειτουργία χωρητικής ισορροπημένης πύλης παλμού με σκοτεινό αριθμό παλμού 3,6 × 10-4/ns σε συχνότητα παλμού 1,5 MHz. Joseph P et al. σχεδίασε τη δομή mesa InGaAs APD φωτοανιχνευτής ανιχνευτή μονού φωτονίου με μεγαλύτερο διάκενο ζώνης και χρησιμοποίησε το InGaAsP ως υλικό απορρόφησης του στρώματος για να αποκτήσει χαμηλότερο αριθμό σκοταδιών χωρίς να επηρεάσει την αποτελεσματικότητα ανίχνευσης.
Ο τρόπος λειτουργίας του ανιχνευτή ενός φωτονίου φωτοανιχνευτή InGaAs APD είναι ο τρόπος λειτουργίας ελεύθερης λειτουργίας, δηλαδή, ο φωτοανιχνευτής APD πρέπει να σβήσει το περιφερειακό κύκλωμα μετά την εμφάνιση χιονοστιβάδας και να ανακάμψει μετά την απόσβεση για ένα χρονικό διάστημα. Προκειμένου να μειωθεί ο αντίκτυπος του χρόνου καθυστέρησης απόσβεσης, χωρίζεται χονδρικά σε δύο τύπους: Ο ένας είναι η χρήση παθητικού ή ενεργού κυκλώματος σβέσης για την επίτευξη σβέσης, όπως το κύκλωμα ενεργού σβέσης που χρησιμοποιείται από το R Thew, κ.λπ. Σχήμα (α) , (β) είναι ένα απλοποιημένο διάγραμμα του ηλεκτρονικού κυκλώματος ελέγχου και ενεργού σβέσης και της σύνδεσής του με φωτοανιχνευτή APD, το οποίο έχει αναπτυχθεί για να λειτουργεί σε λειτουργία κλειστής ή ελεύθερης λειτουργίας, μειώνοντας σημαντικά το πρόβλημα μετά τον παλμό που δεν είχε πραγματοποιηθεί προηγουμένως. Επιπλέον, η απόδοση ανίχνευσης στα 1550 nm είναι 10%, και η πιθανότητα μετά-παλμού μειώνεται σε λιγότερο από 1%. Το δεύτερο είναι να πραγματοποιήσετε γρήγορη απόσβεση και ανάκτηση ελέγχοντας το επίπεδο τάσης πόλωσης. Δεδομένου ότι δεν εξαρτάται από τον έλεγχο ανάδρασης του παλμού χιονοστιβάδας, ο χρόνος καθυστέρησης της απόσβεσης μειώνεται σημαντικά και η αποτελεσματικότητα ανίχνευσης του ανιχνευτή βελτιώνεται. Για παράδειγμα, οι LC Comandar et al χρησιμοποιούν την κλειστή λειτουργία. Παρασκευάστηκε ένας περιφραγμένος ανιχνευτής ενός φωτονίου που βασίζεται σε InGaAs/InPAPD. Η αποτελεσματικότητα ανίχνευσης ενός φωτονίου ήταν πάνω από 55% στα 1550 nm και επιτεύχθηκε η πιθανότητα μετά τον παλμό 7%. Σε αυτή τη βάση, το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας δημιούργησε ένα σύστημα liDAR που χρησιμοποιεί ίνα πολλαπλών λειτουργιών ταυτόχρονα σε συνδυασμό με έναν ανιχνευτή φωτοανιχνευτή ελεύθερης λειτουργίας InGaAs APD ενός φωτονίου. Ο πειραματικός εξοπλισμός φαίνεται στα σχήματα (γ) και (δ) και η ανίχνευση νεφών πολλαπλών στρωμάτων με ύψος 12 km πραγματοποιείται με χρονική ανάλυση 1 s και χωρική ανάλυση 15 m.
Ώρα δημοσίευσης: Μάιος-07-2024