Fotodetector de fóton único InGaAs

Fóton únicoFotodetector InGaAs

Com o rápido desenvolvimento do LiDAR, odetecção de luzA tecnologia e a tecnologia de alcance utilizadas para a tecnologia de imagens de rastreamento automático de veículos também apresentam requisitos mais elevados, e a sensibilidade e a resolução temporal do detector utilizado na tecnologia tradicional de detecção em baixa luminosidade não atendem às necessidades reais. Um único fóton é a menor unidade de energia da luz, e o detector com capacidade de detecção de um único fóton é a ferramenta final para detecção em baixa luminosidade. Comparado ao InGaAsFotodetector APDOs detectores de fóton único baseados em fotodetectores APD de InGaAs apresentam maior velocidade de resposta, sensibilidade e eficiência. Por isso, uma série de pesquisas sobre fotodetectores APD de IN-GAAS 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 apresentaram resultados de simulação numérica das características transitórias de um fotodetector de avalanche de fóton único. Em 2006, os pesquisadores usaram o MOCVD para preparar uma geometria planar.Fotodetector APD InGaAsDetector de fóton único, que aumentou a eficiência de detecção de fóton único para 10%, reduzindo a camada reflexiva e intensificando o campo elétrico na interface heterogênea. Em 2014, ao aprimorar ainda mais as condições de difusão de zinco e otimizar a estrutura vertical, o detector de fóton único obteve uma eficiência de detecção maior, de até 30%, e atingiu um jitter de temporização de cerca de 87 ps. Em 2016, SANZARO M et al. integraram o fotodetector de fóton único InGaAs APD com um resistor integrado monolítico, projetaram um módulo compacto de contagem de fótons único baseado no detector e propuseram um método de extinção híbrido que reduziu significativamente a carga de avalanche, reduzindo assim a diafonia óptica e pós-pulso, e o jitter de temporização para 70 ps. Ao mesmo tempo, outros grupos de pesquisa também realizaram pesquisas sobre InGaAs APD.fotodetectorDetector de fóton único. Por exemplo, a Princeton Lightwave projetou um detector de fóton único de 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 balanceada capacitiva 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. projetaram o fotodetector APD de InGaAs com estrutura mesa e um detector de fóton único com maior banda proibida e usaram InGaAsP como material da camada absorvente para obter uma contagem escura menor sem afetar a eficiência da detecção.

O modo de operação do detector de fótons único do fotodetector APD de InGaAs é o modo de operação livre, ou seja, o fotodetector APD precisa resfriar o circuito periférico após a ocorrência de uma avalanche e se recuperar após a têmpera por um período de tempo. A fim de reduzir o impacto do tempo de atraso de têmpera, ele é dividido em dois tipos: um é usar um circuito de têmpera passiva ou ativa para obter a têmpera, como o circuito de têmpera ativa usado pelo R Thew, etc. As Figuras (a) e (b) são um diagrama simplificado do controle eletrônico e do circuito de têmpera ativa e sua conexão com o fotodetector APD, que foi desenvolvido para trabalhar em modo de operação com porta ou livre, reduzindo significativamente o problema de 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%. O segundo é realizar a têmpera e a recuperação rápidas 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 fechado baseado em InGaAs/InPAPD foi preparado. A eficiência de detecção de fóton único foi superior a 55% a 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 acoplada simultaneamente a um fotodetector 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 uma altura de 12 km é realizada com uma resolução de tempo de 1 s e uma resolução espacial de 15 m.