Jednofotonski InGaAs fotodetektor

Jedan fotonInGaAs fotodetektor

S brzim razvojem LiDAR-a,detekcija svjetlaTehnologija i tehnologija mjerenja udaljenosti koja se koristi za automatsko praćenje vozila također imaju veće zahtjeve, osjetljivost i vremenska rezolucija detektora koji se koristi u tradicionalnoj tehnologiji detekcije slabog osvjetljenja ne mogu zadovoljiti stvarne potrebe. Pojedinačni foton je najmanja energetska jedinica svjetlosti, a detektor s mogućnošću detekcije pojedinačnog fotona je konačni alat za detekciju slabog osvjetljenja. U usporedbi s InGaAsAPD fotodetektor, jednofotonski detektori bazirani na InGaAs APD fotodetektoru imaju veću brzinu odziva, osjetljivost i učinkovitost. Stoga je proveden niz istraživanja o IN-GAAS APD fotodetektorskim detektorima pojedinačnih fotona u zemlji i inozemstvu.

Istraživači sa Sveučilišta u Milanu u Italiji prvi su razvili dvodimenzionalni model za simulaciju prolaznog ponašanja jednog fotonafotodetektor lavina1997. godine i dali su rezultate numeričke simulacije prijelaznih karakteristika fotodetektora lavine jednog fotona. Zatim su 2006. godine istraživači koristili MOCVD za pripremu planarnog geometrijskogInGaAs APD fotodetektordetektor pojedinačnih fotona, koji je povećao učinkovitost detekcije pojedinačnih fotona na 10% smanjenjem reflektirajućeg sloja i pojačavanjem električnog polja na heterogenom sučelju. Godine 2014., daljnjim poboljšanjem uvjeta difuzije cinka i optimizacijom vertikalne strukture, detektor pojedinačnih fotona ima veću učinkovitost detekcije, do 30%, i postiže vremensko podrhtavanje od oko 87 ps. Godine 2016., SANZARO M i suradnici integrirali su InGaAs APD fotodetektorski detektor pojedinačnih fotona s monolitnim integriranim otpornikom, dizajnirali kompaktni modul za brojanje pojedinačnih fotona temeljen na detektoru i predložili hibridnu metodu gašenja koja je značajno smanjila lavinski naboj, čime se smanjio post-pulsni i optički preslušavanje te smanjilo vremensko podrhtavanje na 70 ps. Istovremeno, druge istraživačke skupine također su provele istraživanja InGaAs APD-a.fotodetektordetektor jednog fotona. Na primjer, Princeton Lightwave je dizajnirao InGaAs/InPAPD detektor jednog fotona s planarnom strukturom i pustio ga u komercijalnu upotrebu. Šangajski institut za tehničku fiziku testirao je performanse APD fotodetektora s jednim fotonom korištenjem uklanjanja cinkovih naslaga i kapacitivnog balansiranog pulsnog načina rada s brojem tamnih pulseva od 3,6 × 10⁻⁴/ns pri frekvenciji pulseva od 1,5 MHz. Joseph P i suradnici dizajnirali su meza strukturu InGaAs APD fotodetektora s jednim fotonom i širim energetskim razmakom te koristili InGaAsP kao materijal apsorbirajućeg sloja kako bi se postiglo niže brojenje tamnih pulseva bez utjecaja na učinkovitost detekcije.

Način rada InGaAs APD fotodetektora s jednim fotonom je slobodni način rada, odnosno APD fotodetektor treba ugasiti periferni krug nakon što se dogodi lavina i oporaviti se nakon gašenja određeno vrijeme. Kako bi se smanjio utjecaj vremena odgode gašenja, grubo se dijeli na dvije vrste: Jedna je korištenje pasivnog ili aktivnog kruga gašenja za postizanje gašenja, poput aktivnog kruga gašenja koji koristi R Thew itd. Slika (a), (b) je pojednostavljeni dijagram elektroničke kontrole i aktivnog kruga gašenja i njegove veze s APD fotodetektorom, koji je razvijen za rad u zatvorenom ili slobodnom načinu rada, značajno smanjujući prethodno nerealizirani problem post-pulsa. Štoviše, učinkovitost detekcije na 1550 nm je 10%, a vjerojatnost post-pulsa je smanjena na manje od 1%. Druga je ostvarivanje brzog gašenja i oporavka kontroliranjem razine napona prednapona. Budući da ne ovisi o povratnoj kontroli lavinskog impulsa, vrijeme odgode gašenja je značajno smanjeno, a učinkovitost detekcije detektora je poboljšana. Na primjer, LC Comandar i suradnici koriste zatvoren način rada. Pripremljen je zatvoren detektor jednog fotona baziran na InGaAs/InPAPD. Učinkovitost detekcije jednog fotona bila je preko 55% na 1550 nm, a postignuta je vjerojatnost post-pulsa od 7%. Na temelju toga, Sveučilište znanosti i tehnologije Kine uspostavilo je liDAR sustav koristeći višemodna vlakna istovremeno spojena sa slobodnim InGaAs APD fotodetektorom jednog fotona. Eksperimentalna oprema prikazana je na slici (c) i (d), a detekcija višeslojnih oblaka visine 12 km ostvaruje se s vremenskom rezolucijom od 1 s i prostornom rezolucijom od 15 m.