Միաֆոտոնային InGaAs լուսադետեկտոր

Մեկ ֆոտոնInGaAs լուսադետեկտոր

LiDAR-ի արագ զարգացման շնորհիվ,լույսի հայտնաբերումԱվտոմատ տրանսպորտային միջոցների հետևման պատկերման տեխնոլոգիայի համար օգտագործվող տեխնոլոգիան և հեռահարության տեխնոլոգիան նույնպես ունեն ավելի բարձր պահանջներ, ավանդական թույլ լուսավորության հայտնաբերման տեխնոլոգիայում օգտագործվող դետեկտորի զգայունությունը և ժամանակային լուծաչափը չեն կարող բավարարել իրական պահանջները: Մեկ ֆոտոնը լույսի ամենափոքր էներգիայի միավորն է, և մեկ ֆոտոն հայտնաբերելու ունակությամբ դետեկտորը թույլ լուսավորության հայտնաբերման վերջնական գործիքն է: Համեմատած InGaAs-ի հետAPD լուսադետեկտոր, InGaAs APD լուսադետեկտորի վրա հիմնված միաֆոտոնային դետեկտորներն ունեն ավելի բարձր արձագանքման արագություն, զգայունություն և արդյունավետություն: Հետևաբար, IN-GAAS APD լուսադետեկտորի միաֆոտոնային դետեկտորների վերաբերյալ մի շարք հետազոտություններ են իրականացվել ինչպես հայրենիքում, այնպես էլ արտերկրում:

Իտալիայի Միլանի համալսարանի հետազոտողները նախ մշակել են երկչափ մոդել՝ մեկ ֆոտոնի անցողիկ վարքագիծը մոդելավորելու համար։ձնահոսքի լուսադետեկտոր1997 թվականին և տվեց մեկ ֆոտոնային ձնահոսքի ֆոտոդետեկտորի անցումային բնութագրերի թվային մոդելավորման արդյունքներ: Այնուհետև, 2006 թվականին, հետազոտողները օգտագործեցին MOCVD-ն՝ պլանար երկրաչափականInGaAs APD լուսադետեկտորմիաֆոտոնային դետեկտոր, որը մեծացրել է միաֆոտոնային հայտնաբերման արդյունավետությունը մինչև 10%՝ նվազեցնելով անդրադարձնող շերտը և ուժեղացնելով էլեկտրական դաշտը տարասեռ միջերեսում: 2014 թվականին, ցինկի դիֆուզիայի պայմանները հետագայում բարելավելով և ուղղահայաց կառուցվածքը օպտիմալացնելով, միաֆոտոնային դետեկտորն ունի ավելի բարձր հայտնաբերման արդյունավետություն՝ մինչև 30%, և հասնում է մոտ 87 պս ժամանակային ջիթերի: 2016 թվականին Սանզարո Մ.-ն և այլք ինտեգրել են InGaAs APD ֆոտոդետեկտորի միաֆոտոնային դետեկտորը մոնոլիտ ինտեգրված դիմադրության հետ, նախագծել են դետեկտորի վրա հիմնված կոմպակտ միաֆոտոնային հաշվիչ մոդուլ և առաջարկել են հիբրիդային մարման մեթոդ, որը զգալիորեն նվազեցրել է ձնահոսքի լիցքը, դրանով իսկ նվազեցնելով հետիմպուլսային և օպտիկական խաչաձև շփումը, և ժամանակային ջիթերը կրճատելով մինչև 70 պս: Միևնույն ժամանակ, այլ հետազոտական ​​խմբեր նույնպես հետազոտություններ են իրականացրել InGaAs APD-ի վերաբերյալ:լուսադետեկտորՄեկ ֆոտոնով դետեկտոր: Օրինակ՝ Princeton Lightwave-ը նախագծել է InGaAs/InPAPD մեկ ֆոտոնով դետեկտոր՝ հարթ կառուցվածքով, և այն դրել է առևտրային օգտագործման մեջ: Շանհայի տեխնիկական ֆիզիկայի ինստիտուտը փորձարկել է APD լուսադետեկտորի մեկ ֆոտոնով աշխատանքը՝ օգտագործելով ցինկի նստվածքների հեռացումը և կոնդենսատիվ հավասարակշռված դարպասային իմպուլսային ռեժիմը՝ 3.6 × 10 ⁻⁴/նվ մութ քանակով, 1.5 ՄՀց իմպուլսային հաճախականությամբ: Ջոզեֆ Պ.-ն և այլք նախագծել են մեսա կառուցվածքով InGaAs APD լուսադետեկտորի մեկ ֆոտոնով դետեկտորը՝ ավելի լայն գոտիական բացով, և որպես կլանող շերտի նյութ օգտագործել են InGaAsP-ն՝ ավելի ցածր մութ քանակ ստանալու համար՝ առանց ազդելու հայտնաբերման արդյունավետության վրա:

InGaAs APD լուսադետեկտորի միաֆոտոնային դետեկտորի աշխատանքային ռեժիմը ազատ ռեժիմն է, այսինքն՝ APD լուսադետեկտորը պետք է մարի ծայրամասային շղթան ձնահոսքից հետո և վերականգնվի մարումից հետո որոշակի ժամանակահատվածում։ Մարման ուշացման ժամանակի ազդեցությունը նվազեցնելու համար այն մոտավորապես բաժանվում է երկու տեսակի. մեկը պասիվ կամ ակտիվ մարման շղթայի օգտագործումն է մարման համար, ինչպիսին է R Thew-ի կողմից օգտագործվող ակտիվ մարման շղթան և այլն։ Նկար (ա), (բ)-ն էլեկտրոնային կառավարման և ակտիվ մարման շղթայի պարզեցված դիագրամ է և դրա միացումը APD լուսադետեկտորի հետ, որը մշակվել է դարպասային կամ ազատ ռեժիմով աշխատելու համար, զգալիորեն նվազեցնելով նախկինում չիրականացված հետիմպուլսային խնդիրը։ Ավելին, 1550 նմ-ում հայտնաբերման արդյունավետությունը 10% է, իսկ հետիմպուլսային հավանականությունը կրճատվում է մինչև 1%-ից պակաս։ Երկրորդը՝ արագ մարման և վերականգնման իրականացումը՝ կարգավորելով շեղման լարման մակարդակը։ Քանի որ դա կախված չէ ձնահոսքի իմպուլսի հետադարձ կապի կառավարումից, մարման ուշացման ժամանակը զգալիորեն կրճատվում է, և դետեկտորի հայտնաբերման արդյունավետությունը բարելավվում է։ Օրինակ, Լ.Կ. Քոմանդարը և այլք օգտագործում են դարպասային ռեժիմը: Պատրաստվել է InGaAs/InPAPD-ի վրա հիմնված դարպասային միաֆոտոնային դետեկտոր: Միաֆոտոնային հայտնաբերման արդյունավետությունը 1550 նմ-ում կազմել է ավելի քան 55%, իսկ հետիմպուլսային հավանականությունը կազմել է 7%: Դրա հիման վրա Չինաստանի գիտության և տեխնոլոգիայի համալսարանը ստեղծել է liDAR համակարգ՝ օգտագործելով բազմաֆոտոնային մանրաթել, որը միաժամանակ միացված է ազատ ռեժիմային InGaAs APD ֆոտոդետեկտորային միաֆոտոնային դետեկտորին: Փորձարարական սարքավորումները ներկայացված են նկար (գ) և (դ)-ում, և 12 կմ բարձրությամբ բազմաշերտ ամպերի հայտնաբերումն իրականացվել է 1 վրկ ժամանակային լուծաչափով և 15 մ տարածական լուծաչափով: