Jednofotonový InGaAs fotodetektor

Jeden fotonInGaAs fotodetektor

S rychlým rozvojem LiDARu sedetekce světlaTechnologie a technologie měření dosahu používané pro automatické sledování vozidel mají také vyšší požadavky. Citlivost a časové rozlišení detektorů používaných v tradiční technologii detekce slabého osvětlení nemohou splňovat skutečné potřeby. Jednotlivý foton je nejmenší energetickou jednotkou světla a detektor se schopností detekce jednoho fotonu je konečným nástrojem pro detekci slabého osvětlení. Ve srovnání s InGaAs...APD fotodetektorJednofotonové detektory založené na fotodetektoru InGaAs APD mají vyšší rychlost odezvy, citlivost a účinnost. Proto byla v tuzemsku i v zahraničí provedena řada výzkumů jednofotonových detektorů s fotodetektorem IN-GAAS APD.

Výzkumníci z Milánské univerzity v Itálii poprvé vyvinuli dvourozměrný model pro simulaci přechodového chování jediného fotonu.lavinový fotodetektorv roce 1997 a poskytli výsledky numerické simulace přechodových charakteristik lavinového fotodetektoru s jedním fotonem. Poté v roce 2006 vědci použili MOCVD k přípravě planárního geometrickéhoInGaAs APD fotodetektordetektor jednotlivých fotonů, který zvýšil účinnost detekce jednotlivých fotonů na 10 % snížením reflexní vrstvy a zesílením elektrického pole na heterogenním rozhraní. V roce 2014, díky dalšímu zlepšení podmínek difúze zinku a optimalizaci vertikální struktury, má detektor jednotlivých fotonů vyšší účinnost detekce, až o 30 %, a dosahuje časového jitteru přibližně 87 ps. V roce 2016 SANZARO M a kol. integrovali fotodetektorový detektor jednotlivých fotonů InGaAs APD s monolitickým integrovaným rezistorem, navrhli kompaktní modul pro počítání jednotlivých fotonů založený na detektoru a navrhli hybridní metodu zhášení, která významně snížila lavinový náboj, čímž se snížil postpulzní a optický přeslech a snížila časový jitter na 70 ps. Současně i další výzkumné skupiny prováděly výzkum InGaAs APD.fotodetektordetektor jednotlivých fotonů. Například Princeton Lightwave navrhl detektor jednotlivých fotonů InGaAs/InPAPD s planární strukturou a uvedl jej do komerčního využití. Šanghajský institut technické fyziky testoval výkon fotodetektoru APD s jednotlivými fotony s použitím odstranění zinkových usazenin a kapacitního režimu vyváženého hradlového pulzu s pulzní frekvencí 3,6 × 10⁻⁴/ns při pulzní frekvenci 1,5 MHz. Joseph P a kol. navrhli detektor jednotlivých fotonů InGaAs APD fotodetektoru s mesa strukturou a širším zakázaným pásmem a jako absorpční vrstvu použili InGaAsP pro dosažení nižšího počtu tmavých pulzů bez ovlivnění účinnosti detekce.

Provozní režim fotodetektoru InGaAs APD s jedním fotonem je volný provozní režim, to znamená, že APD fotodetektor potřebuje po lavině zhášet periferní obvod a po zhášení se po určitou dobu zotavit. Aby se snížil dopad doby zpoždění zhášení, dělí se zhruba na dva typy: Prvním je použití pasivního nebo aktivního zhášecího obvodu k dosažení zhášení, jako je například aktivní zhášecí obvod používaný R Thew atd. Obrázek (a), (b) je zjednodušené schéma elektronického řízení a aktivního zhášecího obvodu a jeho zapojení s APD fotodetektorem, který byl vyvinut pro práci v hradlovém nebo volném režimu, což výrazně snižuje dříve nerealizovaný problém s post-pulsem. Účinnost detekce při 1550 nm je navíc 10 % a pravděpodobnost post-pulsu je snížena na méně než 1 %. Druhým je realizace rychlého zhášení a zotavení regulací úrovně předpětí. Protože nezávisí na zpětnovazebním řízení lavinového pulsu, doba zpoždění zhášení se výrazně zkrátí a účinnost detekce detektoru se zlepší. Například LC Comandar a kol. používají hradlovaný režim. Byl připraven hradlovaný jednofotonový detektor založený na InGaAs/InPAPD. Účinnost detekce jednotlivých fotonů byla při 1550 nm přes 55 % a pravděpodobnost post-pulzu byla 7 %. Na tomto základě Čínská univerzita vědy a techniky vytvořila liDAR systém využívající multimódové vlákno současně propojené s volnýmódovým jednofotonovým fotodetektorem InGaAs APD. Experimentální zařízení je znázorněno na obrázku (c) a (d) a detekce vícevrstvých oblaků o výšce 12 km je realizována s časovým rozlišením 1 s a prostorovým rozlišením 15 m.