Jednofotonski InGaAs fotodetektor

Jedan fotonInGaAs fotodetektor

S brzim razvojem LiDAR-a,detekcija svjetlostiTehnologija 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 sa mogućnošću detekcije pojedinačnog fotona je konačni alat za detekciju slabog osvjetljenja. U poređenju sa InGaAsAPD fotodetektor, jednofotonski detektori bazirani na InGaAs APD fotodetektoru imaju veću brzinu odziva, osjetljivost i efikasnost. Stoga je proveden niz istraživanja o IN-GAAS APD fotodetektorskim detektorima pojedinačnih fotona u zemlji i inostranstvu.

Istraživači sa Univerziteta u Milanu u Italiji prvi su razvili dvodimenzionalni model za simulaciju prolaznog ponašanja jednog fotona.fotodetektor lavine1997. godine i dali su rezultate numeričke simulacije prolaznih karakteristika fotodetektora lavine jednog fotona. Zatim su 2006. godine istraživači koristili MOCVD za pripremu planarnog geometrijskogInGaAs APD fotodetektordetektor pojedinačnih fotona, koji je povećao efikasnost detekcije pojedinačnih fotona na 10% smanjenjem reflektirajućeg sloja i pojačavanjem električnog polja na heterogenoj granici. 2014. godine, daljnjim poboljšanjem uslova difuzije cinka i optimizacijom vertikalne strukture, detektor pojedinačnih fotona ima veću efikasnost detekcije, do 30%, i postiže vremensko podrhtavanje od oko 87 ps. 2016. godine, SANZARO M i saradnici su integrisali InGaAs APD fotodetektorski detektor pojedinačnih fotona sa monolitnim integrisanim otpornikom, dizajnirali kompaktni modul za brojanje pojedinačnih fotona zasnovan na detektoru i predložili hibridnu metodu gašenja koja je značajno smanjila lavinski naboj, čime se smanjuje post-pulsno i optičko preslušavanje, te smanjuje vremensko podrhtavanje na 70 ps. Istovremeno, druge istraživačke grupe su također provele istraživanje 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 koristeći uklanjanje naslaga cinka i kapacitivni balansirani pulsni mod s brojanjem tamnih pulseva od 3,6 × 10⁻⁴/ns impulsa na frekvenciji impulsa od 1,5 MHz. Joseph P i saradnici dizajnirali su meza strukturu InGaAs APD fotodetektora s jednim fotonom i širim energetskim procijepom i koristili InGaAsP kao materijal apsorbirajućeg sloja kako bi se postiglo niže brojanje tamnih pulseva bez utjecaja na efikasnost detekcije.

Način rada InGaAs APD fotodetektora s jednim fotonom je slobodni način rada, odnosno APD fotodetektor treba ugasiti periferno kolo nakon što se dogodi lavina i oporaviti se nakon gašenja tokom određenog vremenskog perioda. Kako bi se smanjio utjecaj vremena kašnjenja gašenja, grubo se dijeli na dvije vrste: Jedna je korištenje pasivnog ili aktivnog kola za gašenje za postizanje gašenja, kao što je aktivno kolo za gašenje koje koristi R Thew, itd. Slika (a), (b) je pojednostavljeni dijagram elektroničke kontrole i aktivnog kola za gašenje i njegove veze s APD fotodetektorom, koji je razvijen za rad u režimu zatvaranja ili slobodnog rada, značajno smanjujući prethodno nerealizirani problem post-pulsa. Štaviše, efikasnost detekcije na 1550 nm je 10%, a vjerovatnoća post-pulsa je smanjena na manje od 1%. Druga je ostvarivanje brzog gašenja i oporavka kontrolom nivoa napona prednapona. Budući da ne ovisi o povratnoj kontroli lavinskog impulsa, vrijeme kašnjenja gašenja je značajno smanjeno i efikasnost detekcije detektora je poboljšana. Na primjer, LC Comandar i saradnici koriste zatvoren mod. Pripremljen je zatvoren detektor jednog fotona baziran na InGaAs/InPAPD. Efikasnost detekcije jednog fotona bila je preko 55% na 1550 nm, a postignuta je vjerovatnoća post-pulsa od 7%. Na osnovu toga, Univerzitet nauke i tehnologije Kine uspostavio je liDAR sistem koristeći višemodna vlakna istovremeno povezana sa slobodnim InGaAs APD fotodetektorom i jednim fotonom. Eksperimentalna oprema je prikazana na slici (c) i (d), a detekcija višeslojnih oblaka visine 12 km realizovana je sa vremenskom rezolucijom od 1 s i prostornom rezolucijom od 15 m.