Enskild fotonInGaAs fotodetektor
Med den snabba utvecklingen av LiDAR, denljusdetekteringTeknik och avståndstagningsteknik som används för automatisk fordonsspårning av bildteknik har också högre krav, känsligheten och tidsupplösningen hos detektorn som används i traditionell teknik för detektering av svagt ljus kan inte uppfylla de faktiska behoven. Enskilda fotoner är ljusets minsta energienhet, och detektorer med förmågan att detektera enskilda fotoner är det sista verktyget för detektering av svagt ljus. Jämfört med InGaAsAPD-fotodetektor, enfotondetektorer baserade på InGaAs APD-fotodetektor har högre svarshastighet, känslighet och effektivitet. Därför har en serie undersökningar av IN-GAAS APD-fotodetektorer med enfotondetektorer genomförts hemma och utomlands.
Forskare från universitetet i Milano i Italien utvecklade först en tvådimensionell modell för att simulera det övergående beteendet hos en enda foton.lavinfotodetektor1997, och gav numeriska simuleringsresultat av de transienta egenskaperna hos en lavinfotodetektor med en enda foton. Sedan, 2006, använde forskarna MOCVD för att förbereda en plan geometriskInGaAs APD-fotodetektorenfotondetektor, vilket ökade effektiviteten för detektion av enfotoner till 10 % genom att minska det reflekterande lagret och förbättra det elektriska fältet vid det heterogena gränssnittet. År 2014, genom att ytterligare förbättra zinkendiffusionsförhållandena och optimera den vertikala strukturen, har enfotondetektorn en högre detektionseffektivitet, upp till 30 %, och uppnår ett tidsjitter på cirka 87 ps. År 2016 integrerade SANZARO M et al. InGaAs APD-fotodetektorns enfotondetektor med ett monolitiskt integrerat motstånd, designade en kompakt enfotonräknarmodul baserad på detektorn och föreslog en hybridsläckningsmetod som avsevärt minskade lavinladdningen, vilket minskade efterpuls- och optisk överhörning, och minskade tidsjitter till 70 ps. Samtidigt har andra forskargrupper också forskat om InGaAs APD.fotodetektorenkelfotondetektor. Till exempel har Princeton Lightwave designat InGaAs/InPAPD-enkelfotondetektor med plan struktur och tagit den i kommersiellt bruk. Shanghai Institute of Technical Physics testade enfotonprestanda hos APD-fotodetektorn med hjälp av avlägsnande av zinkavlagringar och det kapacitiva balanserade grindpulsläget med ett mörkertal på 3,6 × 10⁻⁴/ns-puls vid en pulsfrekvens på 1,5 MHz. Joseph P et al. designade InGaAs APD-fotodetektorn med mesastruktur och bredare bandgap och använde InGaAsP som absorberande skiktmaterial för att erhålla ett lägre mörkertal utan att påverka detektionseffektiviteten.
Driftläget för InGaAs APD-fotodetektorns enkelfotondetektor är fritt driftläge, det vill säga att APD-fotodetektorn behöver släcka den perifera kretsen efter att en lavin inträffat och återhämta sig efter släckning under en tidsperiod. För att minska effekten av släckningsfördröjningen är den grovt indelad i två typer: Den ena är att använda en passiv eller aktiv släckningskrets för att uppnå släckning, såsom den aktiva släckningskretsen som används av R Thew, etc. Figur (a), (b) är ett förenklat diagram över den elektroniska styr- och aktiva släckningskretsen och dess anslutning till APD-fotodetektorn, som har utvecklats för att arbeta i gated- eller fritt körläge, vilket avsevärt minskar det tidigare orealiserade problemet med efterpulser. Dessutom är detekteringseffektiviteten vid 1550 nm 10 %, och sannolikheten för efterpulser reduceras till mindre än 1 %. Det andra är att realisera snabb släckning och återhämtning genom att kontrollera nivån på förspänningen. Eftersom det inte är beroende av återkopplingskontrollen av lavinpulsen minskas släckningsfördröjningen avsevärt och detektorns detekteringseffektivitet förbättras. Till exempel använder LC Comandar et al. det gated-baserade läget. En gated enkelfotondetektor baserad på InGaAs/InPAPD framställdes. Detekteringseffektiviteten för enkelfotoner var över 55 % vid 1550 nm, och en postpulssannolikhet på 7 % uppnåddes. Baserat på detta etablerade University of Science and Technology of China ett liDAR-system med multimodfiber samtidigt kopplad till en frimodig InGaAs APD-fotodetektor för enkelfotoner. Den experimentella utrustningen visas i figur (c) och (d), och detekteringen av flerskiktade moln med en höjd av 12 km realiseras med en tidsupplösning på 1 s och en rumslig upplösning på 15 m.
Publiceringstid: 7 maj 2024