Fotodetector InGaAs de fóton único

Fóton únicoFotodetector InGaAs

Com o rápido desenvolvimento do LiDAR, odetecção de luztecnologia e tecnologia variada usada para tecnologia de imagem de rastreamento automático de veículos também têm requisitos mais elevados, a sensibilidade e a resolução de tempo do detector usado na tecnologia tradicional de detecção de pouca luz não podem atender às necessidades reais. O fóton único é a menor unidade de energia da luz, e o detector com capacidade de detecção de fóton único é a ferramenta final de detecção de pouca luz. Comparado com InGaAsFotodetector APD, detectores de fóton único baseados no fotodetector InGaAs APD possuem maior velocidade de resposta, sensibilidade e eficiência. Portanto, uma série de pesquisas sobre detectores de fóton único fotodetectores IN-GAAS APD foram realizadas no país e no exterior.

Pesquisadores da Universidade de Milão, na Itália, desenvolveram pela primeira vez um modelo bidimensional para simular o comportamento transitório de um único fótonfotodetector de avalancheem 1997, e forneceu resultados de simulação numérica das características transitórias de um fotodetector de avalanche de fóton único. Então, em 2006, os pesquisadores usaram o MOCVD para preparar uma geometria planaFotodetector InGaAs APDdetector de fóton único, que aumentou a eficiência de detecção de fóton único para 10%, reduzindo a camada reflexiva e aumentando o campo elétrico na interface heterogênea. Em 2014, ao melhorar ainda mais as condições de difusão do zinco e otimizar a estrutura vertical, o detector de fóton único tem uma eficiência de detecção mais alta, de até 30%, e atinge um jitter de temporização de cerca de 87 ps. Em 2016, SANZARO M et al. integrou o detector de fóton único fotodetector InGaAs APD com um resistor monolítico integrado, projetou um módulo compacto de contagem de fóton único baseado no detector e propôs um método de extinção híbrido que reduziu significativamente a carga de avalanche, reduzindo assim o pós-pulso e a diafonia óptica, e reduzindo o jitter de tempo para 70 ps. Ao mesmo tempo, outros grupos de pesquisa também realizaram pesquisas sobre InGaAs APDfotodetectordetector de fóton único. Por exemplo, Princeton Lightwave projetou o detector de fóton único InGaAs/InPAPD com estrutura planar e o colocou em uso comercial. O Instituto de Física Técnica de Xangai testou o desempenho de fóton único do fotodetector APD usando a remoção de depósitos de zinco e o modo de pulso de porta balanceado capacitivo com uma contagem escura de pulso de 3,6 × 10 ⁻⁴/ns a uma frequência de pulso de 1,5 MHz. Joseph P et al. projetou o detector de fóton único fotodetector InGaAs APD de estrutura mesa com bandgap mais amplo e usou InGaAsP como material de camada absorvente para obter uma contagem de escuridão mais baixa sem afetar a eficiência de detecção.

O modo de operação do detector de fóton único fotodetector InGaAs APD é o modo de operação livre, ou seja, o fotodetector APD precisa extinguir o circuito periférico após a ocorrência de uma avalanche e recuperar após a extinção por um período de tempo. A fim de reduzir o impacto do tempo de atraso de extinção, ele é dividido em dois tipos: Um é usar o circuito de extinção passivo ou ativo para obter a extinção, como o circuito de extinção ativo usado pelo R Thew, etc. , (b) é um diagrama simplificado do circuito de controle eletrônico e extinção ativa e sua conexão com o fotodetector APD, que foi desenvolvido para funcionar em modo fechado ou de operação livre, reduzindo significativamente o problema pós-pulso anteriormente não realizado. Além disso, a eficiência de detecção em 1550 nm é de 10% e a probabilidade de pós-pulso é reduzida para menos de 1%. A segunda é realizar rápida extinção e recuperação controlando o nível de tensão de polarização. Como não depende do controle de feedback do pulso de avalanche, o tempo de atraso da extinção é significativamente reduzido e a eficiência de detecção do detector é melhorada. Por exemplo, LC Comandar et al usam o modo fechado. Um detector de fóton único baseado em InGaAs/InPAPD foi preparado. A eficiência de detecção de fóton único foi superior a 55% em 1550 nm, e a probabilidade pós-pulso de 7% foi alcançada. Com base nisso, a Universidade de Ciência e Tecnologia da China estabeleceu um sistema liDAR usando fibra multimodo simultaneamente acoplada a um detector de fóton único InGaAs APD de modo livre. O equipamento experimental é mostrado nas Figuras (c) e (d), e a detecção de nuvens multicamadas com altura de 12 km é realizada com resolução de tempo de 1 se resolução espacial de 15 m.