Fotodetektor InGaAs foton tunggal

Foton tunggalfotodetektor InGaAs

Dengan pesatnya perkembangan LiDAR,deteksi cahayateknologi dan teknologi jangkauan yang digunakan untuk teknologi pencitraan pelacakan kendaraan otomatis juga memiliki persyaratan yang lebih tinggi, sensitivitas dan resolusi waktu detektor yang digunakan dalam teknologi deteksi cahaya rendah tradisional tidak dapat memenuhi kebutuhan sebenarnya. Foton tunggal adalah satuan energi cahaya terkecil, dan detektor dengan kemampuan deteksi foton tunggal adalah alat terakhir untuk mendeteksi cahaya rendah. Dibandingkan dengan InGaAFotodetektor APD, detektor foton tunggal berdasarkan fotodetektor InGaAs APD memiliki kecepatan respons, sensitivitas, dan efisiensi yang lebih tinggi. Oleh karena itu, serangkaian penelitian mengenai fotodetektor foton tunggal IN-GAAS APD telah dilakukan di dalam dan luar negeri.

Para peneliti dari Universitas Milan di Italia pertama kali mengembangkan model dua dimensi untuk mensimulasikan perilaku sementara sebuah fotonfotodetektor longsoran saljupada tahun 1997, dan memberikan hasil simulasi numerik dari karakteristik sementara fotodetektor longsoran foton tunggal. Kemudian pada tahun 2006, peneliti menggunakan MOCVD untuk menyusun geometri planarFotodetektor InGaAs APDdetektor foton tunggal, yang meningkatkan efisiensi deteksi foton tunggal hingga 10% dengan mengurangi lapisan reflektif dan meningkatkan medan listrik pada antarmuka heterogen. Pada tahun 2014, dengan lebih meningkatkan kondisi difusi seng dan mengoptimalkan struktur vertikal, detektor foton tunggal memiliki efisiensi deteksi yang lebih tinggi, hingga 30%, dan mencapai jitter waktu sekitar 87 ps. Pada tahun 2016, SANZARO M dkk. mengintegrasikan detektor foton tunggal fotodetektor InGaAs APD dengan resistor terintegrasi monolitik, merancang modul penghitungan foton tunggal yang ringkas berdasarkan detektor, dan mengusulkan metode pendinginan hibrid yang secara signifikan mengurangi muatan longsoran, sehingga mengurangi pasca-pulsa dan crosstalk optik, dan mengurangi timing jitter menjadi 70 ps. Pada saat yang sama, kelompok peneliti lain juga telah melakukan penelitian terhadap InGaAs APDfotodetektordetektor foton tunggal. Misalnya, Princeton Lightwave telah merancang detektor foton tunggal InGaAs/InPAPD dengan struktur planar dan menggunakannya secara komersial. Institut Fisika Teknis Shanghai menguji kinerja foton tunggal fotodetektor APD menggunakan penghilangan endapan seng dan mode pulsa gerbang seimbang kapasitif dengan hitungan gelap pulsa 3,6 × 10 ⁻⁴/ns pada frekuensi pulsa 1,5 MHz. Joseph P dkk. merancang struktur mesa Detektor foton tunggal InGaAs APD dengan celah pita yang lebih lebar, dan menggunakan InGaAsP sebagai bahan lapisan penyerap untuk mendapatkan jumlah gelap yang lebih rendah tanpa mempengaruhi efisiensi deteksi.

Mode pengoperasian detektor foton tunggal fotodetektor InGaAs APD adalah mode operasi bebas, yaitu fotodetektor APD perlu mematikan sirkuit periferal setelah terjadi longsoran salju, dan memulihkan setelah pendinginan selama jangka waktu tertentu. Untuk mengurangi dampak waktu tunda quenching, secara kasar dibagi menjadi dua jenis: Pertama adalah menggunakan rangkaian quenching pasif atau aktif untuk mencapai quenching, seperti rangkaian quenching aktif yang digunakan oleh R Thew, dll. Gambar (a) , (b) adalah diagram sederhana dari kontrol elektronik dan sirkuit pemadaman aktif dan hubungannya dengan fotodetektor APD, yang telah dikembangkan untuk bekerja dalam mode gated atau free running, secara signifikan mengurangi masalah pasca-pulsa yang sebelumnya tidak terealisasi. Selain itu, efisiensi deteksi pada 1550 nm adalah 10%, dan kemungkinan pasca-pulsa berkurang hingga kurang dari 1%. Yang kedua adalah mewujudkan pendinginan dan pemulihan yang cepat dengan mengendalikan tingkat tegangan bias. Karena tidak bergantung pada kontrol umpan balik pulsa longsoran, waktu tunda pendinginan berkurang secara signifikan dan efisiensi deteksi detektor ditingkatkan. Misalnya, LC Comandar dkk menggunakan mode gated. Detektor foton tunggal berpintu berdasarkan InGaAs/InPAPD telah disiapkan. Efisiensi deteksi foton tunggal lebih dari 55% pada 1550 nm, dan probabilitas pasca-pulsa sebesar 7% tercapai. Atas dasar ini, Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok membangun sistem liDAR menggunakan serat multi-mode secara bersamaan digabungkan dengan detektor foton tunggal InGaAs APD mode bebas. Peralatan percobaan ditunjukkan pada Gambar (c) dan (d), dan deteksi awan berlapis-lapis dengan ketinggian 12 km diwujudkan dengan resolusi waktu 1 s dan resolusi spasial 15 m.