InGaAs fotodetektor sa jednim fotonom

Jedan fotonInGaAs fotodetektor

Sa brzim razvojem LiDAR-a,detekcija svetlostiTehnologija i tehnologija dometa koja se koriste za automatsko praćenje vozila, imaju i veće zahtjeve, osjetljivost i vremenska rezolucija detektora koji se koristi u tradicionalnoj tehnologiji detekcije pri slabom osvjetljenju ne mogu zadovoljiti stvarne potrebe. Pojedinačni foton je najmanja energetska jedinica svjetlosti, a detektor sa mogućnošću detekcije jednog fotona je konačni alat detekcije slabog svjetla. U poređenju sa InGaAsAPD fotodetektor, jednofotonski detektori bazirani na InGaAs APD fotodetektoru imaju veću brzinu odziva, osjetljivost i efikasnost. Stoga je sproveden niz istraživanja na IN-GAAS APD fotodetektorskim jednofotonskim detektorima u zemlji i inostranstvu.

Istraživači sa Univerziteta u Milanu u Italiji prvi su razvili dvodimenzionalni model za simulaciju prolaznog ponašanja jednog fotonafotodetektor lavine1997. godine i dao rezultate numeričke simulacije prolaznih karakteristika fotodetektora lavine jednog fotona. Zatim su 2006. istraživači koristili MOCVD za pripremu planarne geometrijeInGaAs APD fotodetektordetektor jednog fotona, koji je povećao efikasnost detekcije jednog fotona na 10% smanjenjem reflektivnog sloja i povećanjem električnog polja na heterogenom interfejsu. U 2014. godini, daljim poboljšanjem uslova difuzije cinka i optimizacijom vertikalne strukture, jednofotonski detektor ima veću efikasnost detekcije, do 30%, i postiže vremenski jitter od oko 87 ps. U 2016. SANZARO M et al. integrirao InGaAs APD fotodetektor sa jednim fotonskim detektorom s monolitnim integriranim otpornikom, dizajnirao kompaktni modul za brojanje jednog fotona baziran na detektoru i predložio hibridnu metodu gašenja koja značajno smanjuje naboj lavine, čime se smanjuje post-pulsno i optičko preslušavanje, i smanjenje vremenskog podrhtavanja na 70 ps. U isto vrijeme, druge istraživačke grupe su također sprovele istraživanje o InGaAs APD-ufotodetektordetektor jednog fotona. Na primjer, Princeton Lightwave je dizajnirao InGaAs/InPAPD detektor jednog fotona sa planarnom strukturom i stavio ga u komercijalnu upotrebu. Šangajski institut za tehničku fiziku testirao je performanse jednog fotona APD fotodetektora korištenjem uklanjanja naslaga cinka i kapacitivnog balansiranog pulsnog moda sa tamnim brojanjem od 3,6 × 10 ⁻⁴/ns impulsa na frekvenciji impulsa od 1,5 MHz. Joseph P et al. dizajnirao mezu strukturu InGaAs APD fotodetektor sa jednim fotonskim detektorom sa širim pojasnim razmakom i koristio InGaAsP kao materijal za apsorpcioni sloj da bi se dobio manji broj tamnih boja bez uticaja na efikasnost detekcije.

Režim rada InGaAs APD fotodetektora jednofotonskog detektora je slobodan radni režim, to jest, APD fotodetektor treba da ugasi periferni krug nakon pojave lavine i da se oporavi nakon gašenja tokom određenog vremenskog perioda. Kako bi se smanjio utjecaj vremena kašnjenja gašenja, ono je grubo podijeljeno u dva tipa: Jedan je korištenje pasivnog ili aktivnog kola za gašenje za postizanje gašenja, kao što je aktivni krug za gašenje koji koristi R Thew, itd. Slika (a) , (b) je pojednostavljeni dijagram elektronskog upravljačkog i aktivnog kola za gašenje i njegove veze sa APD fotodetektorom, koji je razvijen za rad u gated ili slobodnom režimu rada, značajno smanjujući prethodno nerealizovani postpulsni problem. Štaviše, efikasnost detekcije na 1550 nm je 10%, a verovatnoća post-pulsa je smanjena na manje od 1%. Drugi je da se ostvari brzo gašenje i oporavak kontrolisanjem nivoa prednapona. Pošto ne zavisi od povratne kontrole lavinskog impulsa, vreme kašnjenja gašenja je značajno smanjeno i efikasnost detekcije detektora je poboljšana. Na primjer, LC Comandar i ostali koriste način rada sa gatedima. Pripremljen je jednofotonski detektor na bazi InGaAs/InPAPD. Efikasnost detekcije jednog fotona bila je preko 55% na 1550 nm, a post-pulsna vjerovatnoća je postignuta od 7%. Na osnovu toga, Univerzitet nauke i tehnologije u Kini uspostavio je liDAR sistem koji koristi multi-mod fiber istovremeno uparen sa InGaAs APD fotodetektorom sa jednim fotodetektorom u slobodnom modu. Eksperimentalna oprema je prikazana na slici (c) i (d), a detekcija višeslojnih oblaka visine 12 km se realizuje sa vremenskom rezolucijom od 1 s i prostornom rezolucijom od 15 m.