Fotodetector d'un sol fotó d'InGaAs

Fotó únicFotodetector d'InGaAs

Amb el ràpid desenvolupament del LiDAR, eldetecció de llumLa tecnologia i la tecnologia de mesura de distància utilitzades per a la tecnologia d'imatges de seguiment automàtic de vehicles també tenen requisits més elevats, la sensibilitat i la resolució temporal del detector utilitzat en la tecnologia tradicional de detecció de poca llum no poden satisfer les necessitats reals. Un fotó individual és la unitat d'energia més petita de la llum, i el detector amb la capacitat de detecció d'un sol fotó és l'eina final de detecció de poca llum. En comparació amb InGaAsfotodetector APD, els detectors de fotó únic basats en fotodetectors APD d'InGaAs tenen una velocitat de resposta, sensibilitat i eficiència més elevades. Per tant, s'han dut a terme una sèrie d'investigacions sobre detectors de fotó únic amb fotodetectors APD IN-GAAS tant a nivell nacional com internacional.

Investigadors de la Universitat de Milà, a Itàlia, van desenvolupar per primera vegada un model bidimensional per simular el comportament transitori d'un sol fotó.fotodetector d'allausel 1997, i van donar resultats de simulació numèrica de les característiques transitòries d'un fotodetector d'allaus de fotons individuals. Després, el 2006, els investigadors van utilitzar MOCVD per preparar una geomètrica planarFotodetector APD d'InGaAsdetector de fotó únic, que va augmentar l'eficiència de detecció de fotó únic fins al 10% reduint la capa reflectant i millorant el camp elèctric a la interfície heterogènia. El 2014, millorant encara més les condicions de difusió de zinc i optimitzant l'estructura vertical, el detector de fotó únic té una eficiència de detecció més alta, fins al 30%, i aconsegueix un jitter de temps d'uns 87 ps. El 2016, SANZARO M et al. van integrar el detector de fotó únic fotodetector InGaAs APD amb una resistència integrada monolítica, van dissenyar un mòdul compacte de recompte de fotó únic basat en el detector i van proposar un mètode d'extinció híbrid que reduïa significativament la càrrega d'allaus, reduint així la diafonia postpols i òptica, i reduint el jitter de temps a 70 ps. Al mateix temps, altres grups de recerca també han dut a terme investigacions sobre InGaAs APD.fotodetectorDetector de fotó únic. Per exemple, Princeton Lightwave ha dissenyat un detector de fotó únic InGaAs/InPAPD amb estructura planar i l'ha posat en ús comercial. L'Institut de Física Tècnica de Xangai va provar el rendiment de fotó únic del fotodetector APD mitjançant l'eliminació de dipòsits de zinc i el mode de pols de porta equilibrada capacitiva amb un recompte de foscor de 3,6 × 10 ⁻⁴/ns de pols a una freqüència de pols d'1,5 MHz. Joseph P et al. van dissenyar el detector de fotó únic fotodetector InGaAs APD amb estructura de mesa amb un interval de banda més ampli i van utilitzar InGaAsP com a material de capa absorbent per obtenir un recompte de foscor més baix sense afectar l'eficiència de detecció.

El mode de funcionament del detector de fotó únic fotodetector APD d'InGaAs és el mode de funcionament lliure, és a dir, el fotodetector APD necessita apagar el circuit perifèric després que es produeixi una allau i recuperar-se després de l'apagament durant un període de temps. Per tal de reduir l'impacte del temps de retard de l'apagament, es divideix aproximadament en dos tipus: un és utilitzar un circuit d'apagament passiu o actiu per aconseguir l'apagament, com ara el circuit d'apagament actiu utilitzat per R Thew, etc. Les figures (a) i (b) són un diagrama simplificat del circuit de control electrònic i d'apagament actiu i la seva connexió amb el fotodetector APD, que s'ha desenvolupat per funcionar en mode de funcionament obert o lliure, reduint significativament el problema posterior al pols que no s'havia realitzat anteriorment. A més, l'eficiència de detecció a 1550 nm és del 10% i la probabilitat de post-pols es redueix a menys de l'1%. El segon és aconseguir un apagament i una recuperació ràpids controlant el nivell de voltatge de polarització. Com que no depèn del control de retroalimentació del pols d'allau, el temps de retard de l'extinció es redueix significativament i l'eficiència de detecció del detector millora. Per exemple, LC Comandar et al. utilitzen el mode amb porta. Es va preparar un detector de fotó únic amb porta basat en InGaAs/InPAPD. L'eficiència de detecció de fotó únic va ser superior al 55% a 1550 nm i es va aconseguir una probabilitat postpols del 7%. Sobre aquesta base, la Universitat de Ciència i Tecnologia de la Xina va establir un sistema liDAR utilitzant fibra multimode acoblada simultàniament amb un detector de fotó únic amb fotodetector InGaAs APD de mode lliure. L'equip experimental es mostra a la figura (c) i (d), i la detecció de núvols multicapa amb una alçada de 12 km es realitza amb una resolució temporal d'1 s i una resolució espacial de 15 m.