Singolo fotoneFotorivelatore InGaAs
Con il rapido sviluppo di LiDAR, ilrilevamento della luceAnche la tecnologia e la tecnologia di misurazione utilizzate per la tecnologia di imaging per il tracciamento automatico dei veicoli hanno requisiti più elevati, la sensibilità e la risoluzione temporale del rilevatore utilizzato nella tradizionale tecnologia di rilevamento in condizioni di scarsa illuminazione non possono soddisfare le reali esigenze. Il singolo fotone è la più piccola unità di energia della luce e il rilevatore con la capacità di rilevamento di un singolo fotone è lo strumento finale di rilevamento in condizioni di scarsa illuminazione. Rispetto a InGaAsFotorivelatore APD, i rilevatori a fotone singolo basati sul fotorilevatore InGaAs APD hanno velocità di risposta, sensibilità ed efficienza più elevate. Pertanto, una serie di ricerche sui rilevatori di fotorivelatori singoli IN-GAAS APD sono state condotte in patria e all'estero.
I ricercatori dell'Università di Milano in Italia hanno sviluppato per la prima volta un modello bidimensionale per simulare il comportamento transitorio di un singolo fotonefotorivelatore da valanganel 1997, e ha fornito risultati di simulazione numerica delle caratteristiche transitorie di un fotorivelatore a valanga a singolo fotone. Poi, nel 2006, i ricercatori hanno utilizzato MOCVD per preparare una geometria planareFotorivelatore APD InGaAsrilevatore di fotone singolo, che ha aumentato l'efficienza di rilevamento di fotone singolo al 10% riducendo lo strato riflettente e migliorando il campo elettrico sull'interfaccia eterogenea. Nel 2014, migliorando ulteriormente le condizioni di diffusione dello zinco e ottimizzando la struttura verticale, il rilevatore a fotone singolo ha un'efficienza di rilevamento più elevata, fino al 30%, e raggiunge un jitter temporale di circa 87 ps. Nel 2016, SANZARO M et al. ha integrato il rilevatore di fotorilevatore APD InGaAs a singolo fotone con un resistore monolitico integrato, ha progettato un modulo compatto di conteggio di fotoni singoli basato sul rilevatore e ha proposto un metodo di spegnimento ibrido che ha ridotto significativamente la carica di valanga, riducendo così la diafonia post-impulso e ottica, e riducendo il jitter temporale a 70 ps. Allo stesso tempo, anche altri gruppi di ricerca hanno svolto ricerche sull'APD di InGaAsfotorivelatorerilevatore di singolo fotone. Ad esempio, Princeton Lightwave ha progettato un rilevatore di fotone singolo InGaAs/InPAPD con struttura planare e lo ha messo in uso commerciale. L'Istituto di fisica tecnica di Shanghai ha testato le prestazioni del singolo fotone del fotorilevatore APD utilizzando la rimozione dei depositi di zinco e la modalità di impulso di gate bilanciato capacitivo con un conteggio del buio di 3,6 × 10 ⁻⁴/ns impulsi a una frequenza di impulso di 1,5 MHz. Joseph Pet et al. ha progettato il rilevatore di fotoni singoli InGaAs APD con struttura mesa con un bandgap più ampio e ha utilizzato InGaAsP come materiale dello strato assorbente per ottenere un conteggio di buio inferiore senza influire sull'efficienza di rilevamento.
La modalità operativa del rilevatore di fotone singolo InGaAs APD è la modalità di funzionamento libero, ovvero il fotorilevatore APD deve spegnere il circuito periferico dopo che si è verificata una valanga e riprendersi dopo lo spegnimento per un periodo di tempo. Al fine di ridurre l'impatto del tempo di ritardo dell'estinzione, è approssimativamente diviso in due tipi: uno consiste nell'utilizzare un circuito di spegnimento passivo o attivo per ottenere l'estinzione, come il circuito di spegnimento attivo utilizzato da R Thew, ecc. Figura (a) , (b) è uno schema semplificato del controllo elettronico e del circuito di spegnimento attivo e della sua connessione con il fotorilevatore APD, che è stato sviluppato per funzionare in modalità gate o free running, riducendo significativamente il problema post-impulso precedentemente non realizzato. Inoltre, l'efficienza di rilevamento a 1550 nm è del 10% e la probabilità di post-impulso è ridotta a meno dell'1%. Il secondo è realizzare un rapido spegnimento e ripristino controllando il livello della tensione di polarizzazione. Poiché non dipende dal controllo di retroazione dell'impulso della valanga, il tempo di ritardo dell'estinzione è significativamente ridotto e l'efficienza di rilevamento del rilevatore è migliorata. Ad esempio, LC Comandar e altri utilizzano la modalità con cancello. È stato preparato un rilevatore a fotone singolo con gate basato su InGaAs/InPAPD. L'efficienza di rilevamento del singolo fotone è stata superiore al 55% a 1550 nm ed è stata raggiunta la probabilità post-impulso del 7%. Su questa base, l'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina ha creato un sistema liDAR che utilizza fibra multimodale accoppiata simultaneamente con un rilevatore di fotoni singoli InGaAs APD in modalità libera. L'attrezzatura sperimentale è mostrata nelle Figure (c) e (d), e il rilevamento di nubi multistrato con un'altezza di 12 km è realizzato con una risoluzione temporale di 1 s e una risoluzione spaziale di 15 m.
Orario di pubblicazione: 07 maggio 2024