Einzelnes PhotonInGaAs-Fotodetektor
Mit der rasanten Entwicklung von LiDAR,LichterkennungAuch die für die automatische Fahrzeugverfolgung verwendete Bildgebungstechnologie und die Entfernungsmessungstechnologie stellen höhere Anforderungen. Die Empfindlichkeit und die Zeitauflösung des Detektors, der in der herkömmlichen Schwachlichterkennungstechnologie verwendet wird, können den tatsächlichen Anforderungen nicht gerecht werden. Ein einzelnes Photon ist die kleinste Energieeinheit des Lichts, und ein Detektor mit der Fähigkeit zur Einzelphotonenerkennung ist das ultimative Werkzeug für die Schwachlichterkennung. Im Vergleich zu InGaAsAPD-FotodetektorEinzelphotonendetektoren auf Basis von InGaAs-APD-Fotodetektoren weisen eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit, Empfindlichkeit und Effizienz auf. Daher wurden im In- und Ausland zahlreiche Untersuchungen zu Einzelphotonendetektoren auf Basis von INGaAs-APD-Fotodetektoren durchgeführt.
Forscher der Universität Mailand in Italien entwickelten erstmals ein zweidimensionales Modell zur Simulation des Übergangsverhaltens eines einzelnen PhotonsLawinenphotodetektor1997 wurde eine numerische Simulation der transienten Eigenschaften eines Einzelphotonenlawinen-Photodetektors durchgeführt. 2006 verwendeten die Forscher MOCVD, um eine planare geometrischeInGaAs APD-FotodetektorEinzelphotonendetektor, der die Effizienz der Einzelphotonendetektion durch Reduzierung der reflektierenden Schicht und Verstärkung des elektrischen Felds an der heterogenen Grenzfläche auf 10 % steigerte. Durch weitere Verbesserung der Zinkdiffusionsbedingungen und Optimierung der vertikalen Struktur erreichte der Einzelphotonendetektor 2014 eine höhere Detektionseffizienz von bis zu 30 % und einen Zeitjitter von etwa 87 ps. 2016 integrierten SANZARO M et al. den InGaAs-APD-Photodetektor-Einzelphotonendetektor mit einem monolithisch integrierten Widerstand, entwickelten ein kompaktes Einzelphotonenzählmodul auf Basis des Detektors und schlugen eine hybride Löschmethode vor, die die Lawinenladung deutlich reduzierte, wodurch Nachimpuls- und optisches Übersprechen verringert und der Zeitjitter auf 70 ps reduziert wurde. Gleichzeitig forschten auch andere Forschungsgruppen an InGaAs-APDFotodetektorEinzelphotonendetektor. Princeton Lightwave hat beispielsweise einen InGaAs/InPAPD-Einzelphotonendetektor mit planarer Struktur entwickelt und kommerziell eingesetzt. Das Shanghai Institute of Technical Physics testete die Einzelphotonenleistung des APD-Photodetektors durch Entfernung von Zinkablagerungen und den kapazitiven Balanced-Gate-Pulsmodus mit einer Dunkelzählung von 3,6 × 10⁻⁴/ns bei einer Pulsfrequenz von 1,5 MHz. Joseph P et al. entwickelten den InGaAs-APD-Photodetektor-Einzelphotonendetektor mit Mesa-Struktur und breiterer Bandlücke und verwendeten InGaAsP als Absorptionsschichtmaterial, um eine geringere Dunkelzählung zu erzielen, ohne die Detektionseffizienz zu beeinträchtigen.
Der Betriebsmodus des Einzelphotonendetektors des InGaAs-APD-Fotodetektors ist der freie Betriebsmodus, d. h. der APD-Fotodetektor muss nach Auftreten einer Lawine die periphere Schaltung löschen und sich nach einer Löschungszeit erholen. Um die Auswirkungen der Löschungsverzögerungszeit zu reduzieren, wird er grob in zwei Typen unterteilt: Bei der einen wird eine passive oder aktive Löschungsschaltung zur Löschung verwendet, beispielsweise die aktive Löschungsschaltung, die von R Thew usw. verwendet wird. Abbildung (a), (b) ist ein vereinfachtes Diagramm der elektronischen Steuerung und der aktiven Löschungsschaltung und ihrer Verbindung mit dem APD-Fotodetektor, der für den Betrieb im Gated- oder Freilaufmodus entwickelt wurde, wodurch das bisher nicht erkannte Nachimpulsproblem deutlich reduziert wird. Zudem beträgt die Detektionseffizienz bei 1550 nm 10 % und die Wahrscheinlichkeit eines Nachimpulses wird auf unter 1 % reduziert. Die zweite Möglichkeit besteht darin, eine schnelle Löschung und Erholung durch Steuerung der Vorspannungshöhe zu erreichen. Da es nicht von der Rückkopplungssteuerung des Lawinenimpulses abhängt, wird die Verzögerungszeit der Löschung erheblich reduziert und die Detektionseffizienz des Detektors verbessert. Beispielsweise verwenden LC Comandar et al. den Gated-Modus. Es wurde ein Gated-Einzelphotonendetektor auf InGaAs/InPAPD-Basis hergestellt. Die Einzelphotonen-Detektionseffizienz lag bei über 55 % bei 1550 nm und es wurde eine Nachimpulswahrscheinlichkeit von 7 % erreicht. Auf dieser Basis hat die University of Science and Technology of China ein LiDAR-System entwickelt, bei dem eine Multimode-Faser gleichzeitig mit einem Free-Mode-InGaAs-APD-Einzelphotonendetektor gekoppelt ist. Die experimentelle Ausrüstung ist in Abbildung (c) und (d) dargestellt und die Detektion von mehrschichtigen Wolken mit einer Höhe von 12 km wird mit einer Zeitauflösung von 1 s und einer Ortsauflösung von 15 m erreicht.
Beitragszeit: 07. Mai 2024