Fotodetector InGaAs cu un singur foton

Foton unicFotodetector InGaAs

Odată cu dezvoltarea rapidă a LiDAR,detectarea luminiiTehnologia și tehnologia de măsurare a distanței utilizate pentru tehnologia automată de imagistică a urmăririi vehiculelor au, de asemenea, cerințe mai ridicate, sensibilitatea și rezoluția temporală a detectorului utilizat în tehnologia tradițională de detectare în lumină slabă neputând satisface nevoile reale. Un singur foton este cea mai mică unitate de energie a luminii, iar detectorul cu capacitatea de detectare a unui singur foton este instrumentul final de detectare a luminii slabe. Comparativ cu InGaAsFotodetector APDDetectoarele monofotonice bazate pe fotodetectoare APD InGaAs au o viteză de răspuns, o sensibilitate și o eficiență mai mari. Prin urmare, o serie de cercetări asupra detectoarelor monofotonice cu fotodetectoare APD IN-GAAS au fost efectuate atât în ​​țară, cât și în străinătate.

Cercetătorii de la Universitatea din Milano, Italia, au dezvoltat pentru prima dată un model bidimensional pentru a simula comportamentul tranzitoriu al unui singur foton.fotodetector de avalanșăîn 1997 și a furnizat rezultate ale simulării numerice a caracteristicilor tranzitorii ale unui fotodetector cu avalanșă de fotoni singulari. Apoi, în 2006, cercetătorii au folosit MOCVD pentru a pregăti o geometrie planarăFotodetector APD InGaAsdetector cu un singur foton, care a crescut eficiența detecției unui singur foton la 10% prin reducerea stratului reflectorizant și amplificarea câmpului electric la interfața eterogenă. În 2014, prin îmbunătățirea suplimentară a condițiilor de difuzie a zincului și optimizarea structurii verticale, detectorul cu un singur foton are o eficiență de detecție mai mare, de până la 30%, și atinge un jitter de temporizare de aproximativ 87 ps. În 2016, SANZARO M și colab. au integrat detectorul cu un singur foton cu fotodetector APD InGaAs cu un rezistor integrat monolitic, au proiectat un modul compact de numărare a unui singur foton bazat pe detector și au propus o metodă de stingere hibridă care a redus semnificativ sarcina avalanșei, reducând astfel diafonia post-puls și optică și reducând jitterul de temporizare la 70 ps. În același timp, alte grupuri de cercetare au efectuat, de asemenea, cercetări asupra APD InGaAs.fotodetectorDetector cu un singur foton. De exemplu, Princeton Lightwave a proiectat un detector cu un singur foton InGaAs/InPAPD cu structură planară și l-a introdus în uz comercial. Institutul de Fizică Tehnică din Shanghai a testat performanța fotonică a fotodetectorului APD folosind îndepărtarea depozitelor de zinc și modul de impuls capacitiv echilibrat al porții cu un număr de întuneric de 3,6 × 10 ⁻⁴/ns la o frecvență a impulsurilor de 1,5 MHz. Joseph P și colab. au proiectat detectorul cu un singur foton InGaAs APD cu structură mesa și o bandă interzisă mai mare și au utilizat InGaAsP ca material de strat absorbant pentru a obține un număr de întuneric mai mic fără a afecta eficiența detecției.

Modul de funcționare al detectorului fotonic unic cu foton APD din InGaAs este modul de funcționare liberă, adică fotodetectorul APD trebuie să stingă circuitul periferic după producerea unei avalanșe și să se recupereze după stingere pentru o perioadă de timp. Pentru a reduce impactul timpului de întârziere a stingerii, acesta este împărțit aproximativ în două tipuri: Unul este utilizarea unui circuit de stingere pasiv sau activ pentru a realiza stingerea, cum ar fi circuitul de stingere activ utilizat de R Thew etc. Figura (a), (b) este o diagramă simplificată a circuitului electronic de control și stingere activă și conexiunea sa cu fotodetectorul APD, care a fost dezvoltat pentru a funcționa în modul închis sau liber, reducând semnificativ problema post-puls nerealizată anterior. Mai mult, eficiența de detecție la 1550 nm este de 10%, iar probabilitatea post-pulsului este redusă la mai puțin de 1%. Al doilea este realizarea unei stingeri și a unei recuperări rapide prin controlul nivelului tensiunii de polarizare. Deoarece nu depinde de controlul feedback-ului impulsului de avalanșă, timpul de întârziere al stingerii este redus semnificativ, iar eficiența de detectare a detectorului este îmbunătățită. De exemplu, LC Comandar și colab. utilizează modul cu porți. A fost preparat un detector cu un singur foton cu porți bazat pe InGaAs/InPAPD. Eficiența de detectare a unui singur foton a fost de peste 55% la 1550 nm, iar probabilitatea post-puls a fost atinsă de 7%. Pe această bază, Universitatea de Știință și Tehnologie din China a stabilit un sistem liDAR utilizând fibră multimod cuplată simultan cu un detector cu un singur foton cu fotodetector InGaAs APD în mod liber. Echipamentul experimental este prezentat în Figura (c) și (d), iar detectarea norilor multistrat cu o înălțime de 12 km este realizată cu o rezoluție temporală de 1 s și o rezoluție spațială de 15 m.