Jednofotonski InGaAs fotodetektor

Jedan fotonInGaAs fotodetektor

S brzim razvojem LiDAR-a,otkrivanje svjetlatehnologija i tehnologija dometa koja se koristi za tehnologiju snimanja automatskog praćenja vozila također ima veće zahtjeve, osjetljivost i vremenska rezolucija detektora koji se koristi u tradicionalnoj tehnologiji detekcije slabog osvjetljenja ne može zadovoljiti stvarne potrebe. Pojedinačni foton je najmanja energetska jedinica svjetlosti, a detektor sa sposobnošću detekcije jednog fotona je konačni alat detekcije slabog osvjetljenja. U usporedbi s InGaAsAPD fotodetektor, jednofotonski detektori temeljeni na InGaAs APD fotodetektoru imaju veću brzinu odziva, osjetljivost i učinkovitost. Stoga je niz istraživanja IN-GAAS APD fotodetektora jednofotonskih detektora proveden u zemlji i inozemstvu.

Istraživači sa Sveučilišta u Milanu u Italiji prvi su razvili dvodimenzionalni model za simulaciju prolaznog ponašanja jednog fotonalavinski fotodetektor1997. godine i dao rezultate numeričke simulacije prijelaznih karakteristika jednofotonskog lavinskog fotodetektora. Zatim su 2006. istraživači upotrijebili MOCVD za pripremu planarne geometrijeInGaAs APD fotodetektordetektor jednog fotona, koji je povećao učinkovitost detekcije jednog fotona na 10% smanjenjem reflektirajućeg sloja i povećanjem električnog polja na heterogenom sučelju. U 2014., daljnjim poboljšanjem uvjeta difuzije cinka i optimiziranjem vertikalne strukture, jednofotonski detektor ima veću učinkovitost detekcije, do 30%, i postiže vremensko podrhtavanje od oko 87 ps. Godine 2016. SANZARO M i sur. integrirao InGaAs APD fotodetektor jednofotonskog detektora s monolitnim integriranim otpornikom, dizajnirao kompaktni modul za brojanje jednog fotona temeljen na detektoru i predložio hibridnu metodu gašenja koja je značajno smanjila naboj lavine, čime se smanjuju post-pulsni i optički preslušavanja, i smanjenje vremenskog podrhtavanja na 70 ps. U isto vrijeme, druge istraživačke skupine također su provele istraživanje InGaAs APD-afotodetektorjednofotonski detektor. Na primjer, Princeton Lightwave dizajnirao je InGaAs/InPAPD jednofotonski detektor s planarnom strukturom i stavio ga u komercijalnu upotrebu. Šangajski institut za tehničku fiziku testirao je jednofotonsku izvedbu APD fotodetektora korištenjem uklanjanja naslaga cinka i kapacitivnog balansiranog impulsnog načina rada s tamnim brojanjem od 3,6 × 10 ⁻⁴/ns impulsa pri frekvenciji impulsa od 1,5 MHz. Joseph P i sur. dizajnirao je meza strukturu InGaAs APD fotodetektor jednofotonskog detektora sa širim pojasnim razmakom i koristio InGaAsP kao materijal za apsorbirajući sloj za postizanje nižeg tamnog broja bez utjecaja na učinkovitost detekcije.

Način rada InGaAs APD fotodetektora jednofotonskog detektora je slobodni način rada, to jest, APD fotodetektor treba ugasiti periferni krug nakon pojave lavine i oporaviti se nakon prigušivanja tijekom određenog vremenskog razdoblja. Kako bi se smanjio utjecaj vremena odgode prigušivanja, ono se grubo dijeli na dvije vrste: jedna je korištenje pasivnog ili aktivnog kruga prigušivanja za postizanje prigušivanja, kao što je aktivni krug prigušivanja koji koristi R Thew, itd. Slika (a) , (b) je pojednostavljeni dijagram elektroničkog upravljačkog i aktivnog kruga za gašenje i njegove veze s APD fotodetektorom, koji je razvijen za rad u zatvorenom ili slobodnom načinu rada, značajno smanjujući prethodno nerealizirani post-pulsni problem. Štoviše, učinkovitost detekcije na 1550 nm je 10%, a vjerojatnost post-pulsa smanjena je na manje od 1%. Drugi je ostvariti brzo gašenje i oporavak kontroliranjem razine prednapona. Budući da ne ovisi o kontroli povratne sprege lavinskog pulsa, vrijeme odgode gašenja je značajno smanjeno i učinkovitost detekcije detektora je poboljšana. Na primjer, LC Comandar i dr. koriste zatvoren način rada. Pripremljen je jednofotonski detektor s vratima temeljen na InGaAs/InPAPD. Učinkovitost detekcije jednog fotona bila je preko 55% na 1550 nm, a postignuta je postpulsna vjerojatnost od 7%. Na temelju toga, Kinesko sveučilište za znanost i tehnologiju uspostavilo je liDAR sustav koji koristi višemodno vlakno istovremeno povezano s InGaAs APD fotodetektorom slobodnog načina rada i jednofotonskim detektorom. Eksperimentalna oprema prikazana je na slikama (c) i (d), a detekcija višeslojnih oblaka visine 12 km realizirana je s vremenskom rezolucijom od 1 s i prostornom rezolucijom od 15 m.