Fotodetektor InGaAs foton tunggal

Foton tunggalFotodetektor InGaAs

Dengan pesatnya perkembangan LiDAR,deteksi cahayaTeknologi dan teknologi jarak 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 unit energi cahaya terkecil, dan detektor dengan kemampuan deteksi foton tunggal adalah alat terakhir deteksi cahaya rendah. Dibandingkan dengan InGaAsFotodetektor APDDetektor foton tunggal berbasis fotodetektor APD InGaAs memiliki kecepatan respons, sensitivitas, dan efisiensi yang lebih tinggi. Oleh karena itu, serangkaian penelitian tentang detektor foton tunggal APD IN-GAAS telah dilakukan di dalam dan luar negeri.

Para peneliti dari Universitas Milan di Italia pertama kali mengembangkan model dua dimensi untuk mensimulasikan perilaku transien foton tunggalfotodetektor longsorpada tahun 1997, dan memberikan hasil simulasi numerik karakteristik transien dari fotodetektor longsor foton tunggal. Kemudian pada tahun 2006, para peneliti menggunakan MOCVD untuk menyiapkan geometri planarFotodetektor APD InGaAsdetektor 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 et al. mengintegrasikan detektor foton tunggal fotodetektor InGaAs APD dengan resistor terintegrasi monolitik, merancang modul penghitungan foton tunggal yang ringkas berdasarkan detektor, dan mengusulkan metode pendinginan hibrida yang secara signifikan mengurangi muatan longsor, sehingga mengurangi pasca-pulsa dan crosstalk optik, dan mengurangi jitter waktu hingga 70 ps. Pada saat yang sama, kelompok penelitian lain juga telah melakukan penelitian pada 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 dari 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 detektor foton tunggal fotodetektor APD InGaAs berstruktur mesa dengan celah pita yang lebih lebar, dan menggunakan InGaAsP sebagai bahan lapisan penyerap untuk memperoleh hitungan gelap yang lebih rendah tanpa memengaruhi efisiensi deteksi.

Mode operasi detektor foton tunggal fotodetektor InGaAs APD adalah mode operasi bebas, yaitu, fotodetektor APD perlu memadamkan sirkuit perifer setelah longsor terjadi, dan pulih setelah pendinginan selama jangka waktu tertentu. Untuk mengurangi dampak waktu tunda pendinginan, secara kasar dibagi menjadi dua jenis: Satu adalah menggunakan sirkuit pendinginan pasif atau aktif untuk mencapai pendinginan, seperti sirkuit pendinginan aktif yang digunakan oleh R Thew, dll. Gambar (a), (b) adalah diagram sederhana dari kontrol elektronik dan sirkuit pendinginan aktif dan hubungannya dengan fotodetektor APD, yang telah dikembangkan untuk bekerja dalam mode gerbang atau berjalan bebas, secara signifikan mengurangi masalah pasca-pulsa yang sebelumnya tidak terealisasi. Selain itu, efisiensi deteksi pada 1550 nm adalah 10%, dan probabilitas pasca-pulsa berkurang hingga kurang dari 1%. Yang kedua adalah mewujudkan pendinginan dan pemulihan cepat dengan mengendalikan tingkat tegangan bias. Karena tidak bergantung pada kontrol umpan balik pulsa longsor, waktu tunda pendinginan berkurang secara signifikan dan efisiensi deteksi detektor ditingkatkan. Misalnya, LC Comandar et al menggunakan mode gerbang. Detektor foton tunggal berpagar berdasarkan InGaAs/InPAPD 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 membuat sistem lidar menggunakan serat multi-mode yang secara bersamaan digabungkan dengan fotodetektor APD InGaAs mode bebas detektor foton tunggal. Peralatan eksperimen ditunjukkan pada Gambar (c) dan (d), dan deteksi awan multi-lapis dengan ketinggian 12 km diwujudkan dengan resolusi waktu 1 d dan resolusi spasial 15 m.