ردیاب نوری تک فوتون InGaAs

تک فوتونردیاب نوری InGaAs

با توسعه سریع LiDAR،تشخیص نورفناوری و محدوده فناوری مورد استفاده برای فناوری تصویربرداری ردیابی خودکار خودرو نیز دارای الزامات بالاتری است، حساسیت و وضوح زمان آشکارساز مورد استفاده در فناوری تشخیص سنتی در نور کم نمی تواند نیازهای واقعی را برآورده کند. تک فوتون کوچکترین واحد انرژی نور است و آشکارساز با قابلیت تشخیص تک فوتون ابزار نهایی تشخیص نور کم است. در مقایسه با InGaAsردیاب نوری APDآشکارسازهای تک فوتونی مبتنی بر ردیاب نوری InGaAs APD دارای سرعت پاسخ، حساسیت و کارایی بالاتری هستند. بنابراین، مجموعه ای از تحقیقات بر روی آشکارسازهای تک فوتونی IN-GAAS APD در داخل و خارج از کشور انجام شده است.

محققان دانشگاه میلان ایتالیا برای اولین بار یک مدل دو بعدی برای شبیه سازی رفتار گذرا یک فوتون توسعه دادند.ردیاب نور بهمندر سال 1997، و نتایج شبیه‌سازی عددی ویژگی‌های گذرا یک آشکارساز نوری بهمن تک فوتونی را ارائه کرد. سپس در سال 2006، محققان از MOCVD برای تهیه یک هندسی مسطح استفاده کردندآشکارساز نوری InGaAs APDآشکارساز تک فوتون، که با کاهش لایه بازتابنده و افزایش میدان الکتریکی در سطح مشترک ناهمگن، راندمان تشخیص تک فوتون را به 10٪ افزایش داد. در سال 2014، با بهبود بیشتر شرایط انتشار روی و بهینه سازی ساختار عمودی، آشکارساز تک فوتون دارای راندمان تشخیص بالاتر، تا 30٪ است و به لرزش زمانی حدود 87 ps دست می یابد. در سال 2016، SANZARO M و همکاران. آشکارساز تک فوتونی InGaAs APD را با یک مقاومت یکپارچه یکپارچه ادغام کرد، یک ماژول شمارش تک فوتون فشرده بر اساس آشکارساز طراحی کرد و یک روش خاموش کردن ترکیبی را پیشنهاد کرد که بار بهمن را به میزان قابل توجهی کاهش داد، در نتیجه تداخل پس از پالس و نوری را کاهش داد. کاهش لرزش زمان به 70 ثانیه در همان زمان، گروه های تحقیقاتی دیگر نیز تحقیقاتی را در مورد InGaAs APD انجام داده اندردیاب نوریآشکارساز تک فوتون به عنوان مثال، پرینستون Lightwave آشکارساز تک فوتون InGaAs/InPAPD را با ساختار مسطح طراحی کرده و آن را در استفاده تجاری قرار داده است. موسسه فیزیک فنی شانگهای عملکرد تک فوتون آشکارساز نوری APD را با استفاده از حذف رسوبات روی و حالت پالس دروازه متعادل خازنی با تعداد تاریک 3.6 × 10-4/ns پالس در فرکانس پالس 1.5 مگاهرتز آزمایش کرد. جوزف پی و همکاران ساختار mesa آشکارساز فوتونی InGaAs APD آشکارساز تک فوتونی را با شکاف باند وسیع‌تر طراحی کرد و از InGaAsP به‌عنوان ماده لایه جذب‌کننده برای به دست آوردن تعداد تیره کمتر بدون تأثیر بر راندمان تشخیص استفاده کرد.

حالت کار آشکارساز تک فوتونی InGaAs APD حالت عملکرد آزاد است، یعنی ردیاب نوری APD باید مدار محیطی را پس از وقوع بهمن خاموش کند و پس از خاموش کردن برای مدتی بهبود یابد. به منظور کاهش تأثیر زمان تأخیر خاموش کردن، تقریباً به دو نوع تقسیم می شود: یکی استفاده از مدار خاموش کننده غیرفعال یا فعال برای رسیدن به خاموش کردن، مانند مدار خاموش کننده فعال مورد استفاده توسط R Thew و غیره. شکل (الف) ، (ب) یک نمودار ساده از مدار کنترل الکترونیکی و خاموش کننده فعال و اتصال آن با آشکارساز نوری APD است که برای کار در حالت اجرای دروازه ای یا آزاد توسعه یافته است و به طور قابل توجهی مشکل پس از پالس را که قبلاً محقق نشده بود کاهش می دهد. علاوه بر این، راندمان تشخیص در 1550 نانومتر 10٪ است و احتمال پس پالس به کمتر از 1٪ کاهش می یابد. دوم این است که با کنترل سطح ولتاژ بایاس، خاموش کردن و بازیابی سریع را درک کنید. از آنجایی که به کنترل بازخورد پالس بهمن بستگی ندارد، زمان تاخیر خاموش شدن به طور قابل توجهی کاهش می یابد و راندمان تشخیص آشکارساز بهبود می یابد. برای مثال، LC Comandar و همکاران از حالت دروازه ای استفاده می کنند. یک آشکارساز تک فوتون دردار مبتنی بر InGaAs/InPAPD تهیه شد. بازده تشخیص تک فوتون بیش از 55 درصد در 1550 نانومتر بود و احتمال پس از پالس 7 درصد به دست آمد. بر این اساس، دانشگاه علم و فناوری چین یک سیستم liDAR را با استفاده از فیبر چند حالته به طور همزمان با آشکارساز تک فوتونی آشکارساز نوری InGaAs APD ایجاد کرد. تجهیزات آزمایشی در شکل (ج) و (د) نشان داده شده است و تشخیص ابرهای چند لایه با ارتفاع 12 کیلومتر با وضوح زمانی 1 ثانیه و تفکیک مکانی 15 متر محقق می شود.