Einzelphotonen-InGaAs-Fotodetektor

Einzelnes PhotonInGaAs-Fotodetektor

Mit der rasanten Entwicklung von LiDAR ist dieLichterkennungTechnologie und Entfernungstechnologie, die für die Bildgebungstechnologie zur automatischen Fahrzeugverfolgung verwendet werden, stellen ebenfalls höhere Anforderungen. Die Empfindlichkeit und Zeitauflösung des Detektors, der in der herkömmlichen Technologie zur Erkennung von schwachem Licht verwendet wird, kann den tatsächlichen Anforderungen nicht gerecht werden. Ein einzelnes Photon ist die kleinste Energieeinheit des Lichts, und der Detektor mit der Fähigkeit zur Einzelphotonenerkennung ist das letzte Werkzeug zur Erkennung bei schwachem Licht. Im Vergleich zu InGaAsAPD-FotodetektorEinzelphotonendetektoren auf Basis des InGaAs-APD-Fotodetektors weisen eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit, Empfindlichkeit und Effizienz auf. Daher wurde im In- und Ausland eine Reihe von Untersuchungen zu IN-GAAS-APD-Fotodetektor-Einzelphotonendetektoren durchgeführt.

Forscher der Universität Mailand in Italien entwickelten zunächst ein zweidimensionales Modell, um das transiente Verhalten eines einzelnen Photons zu simulierenLawinenfotodetektorim Jahr 1997 und lieferte numerische Simulationsergebnisse der transienten Eigenschaften eines Einzelphotonenlawinen-Fotodetektors. Im Jahr 2006 verwendeten die Forscher dann MOCVD, um eine planare Geometrie herzustellenInGaAs APD-FotodetektorEinzelphotonendetektor, der die Effizienz der Einzelphotonenerkennung auf 10 % steigerte, indem er die reflektierende Schicht reduzierte und das elektrische Feld an der heterogenen Grenzfläche verstärkte. Durch die weitere Verbesserung der Zinkdiffusionsbedingungen und die Optimierung der vertikalen Struktur weist der Einzelphotonendetektor 2014 eine höhere Detektionseffizienz von bis zu 30 % auf und erreicht einen Timing-Jitter von etwa 87 ps. Im Jahr 2016 haben SANZARO M et al. integrierte den InGaAs APD-Fotodetektor-Einzelphotonendetektor mit einem monolithischen integrierten Widerstand, entwarf ein kompaktes Einzelphotonen-Zählmodul auf Basis des Detektors und schlug eine Hybrid-Quench-Methode vor, die die Lawinenladung deutlich reduzierte und dadurch Post-Puls- und optisches Übersprechen reduzierte Reduzierung des Timing-Jitters auf 70 ps. Gleichzeitig haben auch andere Forschungsgruppen Forschungen zur InGaAs-APD durchgeführtFotodetektorEinzelphotonendetektor. Beispielsweise hat Princeton Lightwave einen InGaAs/InPAPD-Einzelphotonendetektor mit planarer Struktur entwickelt und kommerziell genutzt. Das Shanghai Institute of Technical Physics testete die Einzelphotonenleistung des APD-Fotodetektors unter Verwendung der Entfernung von Zinkablagerungen und des kapazitiven Balanced-Gate-Pulsmodus mit einer Dunkelzählung von 3,6 × 10 ⁻⁴/ns Pulsen bei einer Pulsfrequenz von 1,5 MHz. Joseph P et al. entwarf den Mesa-Struktur-InGaAs-APD-Fotodetektor-Einzelphotonendetektor mit größerer Bandlücke und verwendete InGaAsP als absorbierendes Schichtmaterial, um eine niedrigere Dunkelzahl zu erzielen, ohne die Detektionseffizienz zu beeinträchtigen.

Der Betriebsmodus des Einzelphotonendetektors des InGaAs APD-Fotodetektors ist der freie Betriebsmodus, d. Um die Auswirkungen der Löschverzögerungszeit zu reduzieren, wird sie grob in zwei Typen unterteilt: Die eine besteht darin, eine passive oder aktive Löschschaltung zu verwenden, um eine Löschung zu erreichen, wie z. B. die von R Thew verwendete aktive Löschschaltung usw. Abbildung (a) , (b) ist ein vereinfachtes Diagramm der elektronischen Steuerung und des aktiven Löschkreises und seiner Verbindung mit dem APD-Fotodetektor, der für den Betrieb im Gated- oder Free-Run-Modus entwickelt wurde, wodurch das bisher nicht realisierte Post-Puls-Problem deutlich reduziert wird. Darüber hinaus beträgt die Detektionseffizienz bei 1550 nm 10 % und die Wahrscheinlichkeit eines Nachimpulses wird auf weniger als 1 % reduziert. Die zweite besteht darin, eine schnelle Löschung und Wiederherstellung durch Steuerung des Vorspannungsniveaus zu erreichen. Da es nicht auf die Rückkopplungssteuerung des Lawinenimpulses ankommt, wird die Verzögerungszeit der Löschung erheblich verkürzt und die Detektionseffizienz des Detektors verbessert. Beispielsweise verwenden LC Comandar et al. den Gated-Modus. Es wurde ein gesteuerter Einzelphotonendetektor auf Basis von InGaAs/InPAPD hergestellt. Die Einzelphotonen-Detektionseffizienz lag bei 1550 nm bei über 55 %, und es wurde eine Post-Puls-Wahrscheinlichkeit von 7 % erreicht. Auf dieser Grundlage richtete die Universität für Wissenschaft und Technologie von China ein LiDAR-System ein, das Multimode-Fasern gleichzeitig mit einem Einzelphotonendetektor mit freiem InGaAs-APD-Fotodetektor nutzt. Die experimentelle Ausrüstung ist in Abbildung (c) und (d) dargestellt und die Erkennung von mehrschichtigen Wolken mit einer Höhe von 12 km wird mit einer Zeitauflösung von 1 s und einer räumlichen Auflösung von 15 m realisiert.