Einzelphoton -Ingaas -Fotodetektor

Single PhotonIngaas Photodetektor

Mit der schnellen Entwicklung von Lidar dieLichterkennungDie Technologie- und Rangentechnologie, die für die automatische Bildgebungstechnologie für die automatische Fahrzeugverfolgung eingesetzt wird, haben ebenfalls höhere Anforderungen. Die Empfindlichkeit und zeitliche Auflösung des Detektors, der in der traditionellen Technologie mit schwacher Licht verwendet wird, kann den tatsächlichen Anforderungen nicht erfüllen. Ein einzelnes Photon ist die kleinste Lichteinheit des Lichts, und der Detektor mit der Fähigkeit einer einzelnen Photonenerkennung ist das endgültige Werkzeug für die Erkennung schwacher Licht. Im Vergleich zu IngaasAPD -FotodetektorEinzelphotonen-Detektoren basierend auf dem InGAAS-APD-Fotodetektor haben eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit, Empfindlichkeit und Effizienz. Daher wurden im In- und Ausland eine Reihe von Untersuchungen zu In-Gaas-APD-Photodetektor-Einzelphotonen-Detektoren durchgeführt.

Forscher der Universität Mailand in Italien entwickelten erstmals ein zweidimensionales Modell, um das vorübergehende Verhalten eines einzelnen Photons zu simulierenAvalanche -Fotodetektor1997 und gaben numerische Simulationsergebnisse der transienten Eigenschaften eines einzelnen Photon -Avalanche -Fotodetektors. Im Jahr 2006 verwendeten die Forscher MOCVD, um einen planaren Geometrischen vorzubereitenIngaas APD -FotodetektorEinzelphoton-Detektor, der die Einzelphotonenerkennungseffizienz auf 10% erhöhte, indem die reflektierende Schicht reduziert und das elektrische Feld an der heterogenen Grenzfläche verbessert wurde. Durch die weitere Verbesserung der Zinkdiffusionsbedingungen und die Optimierung der vertikalen Struktur weist der Einzelphotonen-Detektor eine höhere Erkennungseffizienz von bis zu 30%auf und erreicht einen zeitlichen Jitter von etwa 87 ps. Im Jahr 2016 haben Sanzaro M et al. Integrierte den InGAAS-APD-Fotodetektor-Einzelphotonen-Detektor in einen monolithischen integrierten Widerstand, entwarf ein kompaktes Einzelphotonenzählmodul, das auf dem Detektor basiert, und schlug eine Hybrid-Quench-Methode vor, die die Ladung von Lawinen signifikant reduzierte, wodurch das Post-Pulse-Crostalk und die Reduzierung des Timings nach 70 PS reduziert wurde. Gleichzeitig haben auch andere Forschungsgruppen Forschungen zu Ingaas APD durchgeführtFotodetektorEinzelphoton -Detektor. Zum Beispiel hat Princeton Lightwave IngaAs/INPAPD -Einzelphoton -Detektor mit planarer Struktur entwickelt und in kommerzielle Verwendung eingesetzt. Das Shanghai-Institut für technische Physik testete die Ein-Photonen-Leistung des APD-Fotodetektors unter Verwendung der Entfernung von Zinkablagerungen und dem kapazitiven ausgewogenen Gate-Impulsmodus mit einer Dunkelzahl von 3,6 × 10 ⁻⁴/ns-Impuls bei einer Impulsfrequenz von 1,5 MHz. Joseph P et al. entwarf die MESA -Struktur InGaaS APD Photodetektor Single Photon Detector mit breiterem Bandlücken und verwendete Ingaasp als absorbierendes Schichtmaterial, um eine niedrigere Dunkelzahl zu erhalten, ohne die Erkennungseffizienz zu beeinflussen.

Der Betriebsmodus des InGAAS -APD -Photodetektors Single Photon Detector ist der freie Betriebsmodus, dh der APD -Fotodetektor muss den peripheren Schaltkreis nach dem Auftreten einer Lawine ablenken und sich nach einem bestimmten Zeitraum durch das Löschen wiederholen. Um den Einfluss der Löschungsverzögerungszeit zu verkürzen, ist es grob in zwei Arten unterteilt: Eine ist die Verwendung passiver oder aktiver Quenching -Schaltkreis, um das Quenchieren zu erreichen, z. Post-Pulse-Problem. Darüber hinaus beträgt die Erkennungseffizienz bei 1550 nm 10%und die Wahrscheinlichkeit des Nachschubs wird auf weniger als 1%reduziert. Die zweite besteht darin, schnelles Löschen und Wiederherstellen zu realisieren, indem der Spannungsniveau gesteuert wird. Da es nicht von der Rückkopplungssteuerung des Lawinenimpulses abhängt, wird die Verzögerungszeit des Löschungs erheblich reduziert und die Erkennungseffizienz des Detektors verbessert. Zum Beispiel verwenden LC Comandar et al. Ein auf InGaas/INPAPD basierender Einzelphotonen-Detektor auf der Basis von InGaAs/INPAPD wurde vorbereitet. Die Effizienz der Einzelphotonenerkennung betrug bei 1550 nm über 55% und die Nachverteidigungswahrscheinlichkeit von 7% wurde erreicht. Auf dieser Basis hat die Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas ein Lidar-System eingerichtet, das mit einem Multi-Mode-Faser gleichzeitig mit einem Einzel-Photonen-Detektor von Free-Mode-InGAAS-APD-Photodetektor gekoppelt ist. Die experimentelle Ausrüstung ist in Abbildung (c) und (d) dargestellt, und der Nachweis von mehrschichtigen Wolken mit einer Höhe von 12 km wird mit einer zeitlichen Auflösung von 1 s und einer räumlichen Auflösung von 15 m realisiert.