Fotón únicoFotodetector de InGaAs
Co rápido desenvolvemento do LiDAR, odetección de luzA tecnoloxía e a tecnoloxía de alcance empregadas para a tecnoloxía de imaxes de seguimento automático de vehículos tamén teñen requisitos máis elevados, a sensibilidade e a resolución temporal do detector empregado na tecnoloxía tradicional de detección de pouca luz non poden satisfacer as necesidades reais. Un fotón individual é a unidade de enerxía máis pequena da luz, e o detector coa capacidade de detección dun só fotón é a ferramenta final de detección de pouca luz. En comparación con InGaAsFotodetector APDOs detectores dun só fotón baseados en fotodetectores APD de InGaAs teñen unha maior velocidade de resposta, sensibilidade e eficiencia. Polo tanto, levouse a cabo unha serie de investigacións sobre detectores dun só fotón con fotodetectores APD de IN-GAAS tanto no país como no estranxeiro.
Investigadores da Universidade de Milán, en Italia, desenvolveron por primeira vez un modelo bidimensional para simular o comportamento transitorio dun só fotón.fotodetector de avalanchasen 1997, e deron resultados de simulación numérica das características transitorias dun fotodetector de avalancha de fotóns únicos. Despois, en 2006, os investigadores empregaron MOCVD para preparar unha estrutura xeométrica planarFotodetector APD de InGaAsdetector de fotóns únicos, que aumentou a eficiencia de detección de fotóns únicos ao 10 % ao reducir a capa reflectante e mellorar o campo eléctrico na interface heteroxénea. En 2014, ao mellorar aínda máis as condicións de difusión do zinc e optimizar a estrutura vertical, o detector de fotóns únicos ten unha maior eficiencia de detección, de ata o 30 %, e consegue unha fluctuación de temporización duns 87 ps. En 2016, SANZARO M et al. integraron o detector de fotóns únicos con fotodetector APD de InGaAs cunha resistencia integrada monolítica, deseñaron un módulo compacto de reconto de fotóns únicos baseado no detector e propuxeron un método de extinción híbrido que reduciu significativamente a carga de avalancha, reducindo así a diafonía pospulso e óptica, e reducindo a fluctuación de temporización a 70 ps. Ao mesmo tempo, outros grupos de investigación tamén levaron a cabo investigacións sobre o APD de InGaAs.fotodetectorDetector de fotón único. Por exemplo, Princeton Lightwave deseñou un detector de fotón único InGaAs/InPAPD con estrutura planar e púxoo en uso comercial. O Instituto de Física Técnica de Shanghai probou o rendemento dun só fotón do fotodetector APD usando a eliminación de depósitos de zinc e o modo de pulso de porta equilibrada capacitiva cunha conta de escuridade de pulsos de 3,6 × 10 ⁻⁴/ns a unha frecuencia de pulso de 1,5 MHz. Joseph P et al. deseñaron o detector de fotón único con fotodetector APD de estrutura mesa InGaAs cun intervalo de banda máis amplo e utilizaron InGaAsP como material de capa absorbente para obter unha conta de escuridade máis baixa sen afectar a eficiencia da detección.
O modo de funcionamento do detector de fotón único con fotodetector APD de InGaAs é o modo de funcionamento libre, é dicir, o fotodetector APD necesita apagar o circuíto periférico despois de que se produza unha avalancha e recuperarse despois do apagado durante un período de tempo. Para reducir o impacto do tempo de retardo do apagado, divídese aproximadamente en dous tipos: un é usar un circuíto de apagado pasivo ou activo para lograr o apagado, como o circuíto de apagado activo usado por R Thew, etc. As figuras (a) e (b) son un diagrama simplificado do circuíto de control electrónico e apagado activo e a súa conexión co fotodetector APD, que foi desenvolvido para funcionar en modo de funcionamento libre ou por porta, o que reduce significativamente o problema posterior ao pulso que non se percibía antes. Ademais, a eficiencia de detección a 1550 nm é do 10 % e a probabilidade de posterior ao pulso redúcese a menos do 1 %. O segundo é lograr un apagado e unha recuperación rápidos controlando o nivel de tensión de polarización. Dado que non depende do control de retroalimentación do pulso de avalancha, o tempo de retardo da extinción redúcese significativamente e a eficiencia de detección do detector mellora. Por exemplo, LC Comandar et al. empregan o modo con porta. Preparouse un detector dun só fotón con porta baseado en InGaAs/InPAPD. A eficiencia de detección dun só fotón foi superior ao 55 % a 1550 nm e conseguiuse unha probabilidade pospulso do 7 %. Con base nisto, a Universidade de Ciencia e Tecnoloxía da China estableceu un sistema liDAR utilizando fibra multimodo acoplada simultaneamente cun detector dun só fotón con fotodetector APD de InGaAs de modo libre. O equipo experimental móstrase na Figura (c) e (d), e a detección de nubes multicapa cunha altura de 12 km realízase cunha resolución temporal de 1 s e unha resolución espacial de 15 m.
Data de publicación: 07 de maio de 2024