Fotodetector de fotón único InGaAs

fotón únicoFotodetector de InGaAs

Con el rápido desarrollo de LiDAR, eldetección de luzLa tecnología y la tecnología de alcance utilizadas para la tecnología de imágenes de seguimiento automático de vehículos también tienen requisitos más altos, la sensibilidad y la resolución de tiempo del detector utilizado en la tecnología tradicional de detección de poca luz no pueden satisfacer las necesidades reales. El fotón único es la unidad de energía de luz más pequeña y el detector con capacidad de detección de fotón único es la herramienta final para la detección de poca luz. Comparado con InGaAsfotodetector APD, los detectores de fotón único basados ​​en el fotodetector APD de InGaAs tienen mayor velocidad de respuesta, sensibilidad y eficiencia. Por lo tanto, se han llevado a cabo una serie de investigaciones sobre los detectores de fotón único del fotodetector IN-GAAS APD en el país y en el extranjero.

Investigadores de la Universidad de Milán (Italia) desarrollaron por primera vez un modelo bidimensional para simular el comportamiento transitorio de un solo fotón.fotodetector de avalanchasen 1997, y proporcionó resultados de simulación numérica de las características transitorias de un fotodetector de avalancha de un solo fotón. Luego, en 2006, los investigadores utilizaron MOCVD para preparar un modelo geométrico plano.Fotodetector APD de InGaAsdetector de fotón único, que aumentó la eficiencia de detección de fotón único al 10% al reducir la capa reflectante y mejorar el campo eléctrico en la interfaz heterogénea. En 2014, al mejorar aún más las condiciones de difusión del zinc y optimizar la estructura vertical, el detector de fotón único tiene una mayor eficiencia de detección, hasta el 30 %, y logra una fluctuación temporal de aproximadamente 87 ps. En 2016, SANZARO M et al. integró el detector de fotón único fotodetector APD de InGaAs con una resistencia monolítica integrada, diseñó un módulo compacto de conteo de fotón único basado en el detector y propuso un método de extinción híbrido que redujo significativamente la carga de avalancha, reduciendo así la diafonía óptica y posterior al pulso, y reduciendo la fluctuación de sincronización a 70 ps. Paralelamente, otros grupos de investigación también han llevado a cabo investigaciones sobre la DPA de InGaAs.fotodetectordetector de fotón único. Por ejemplo, Princeton Lightwave ha diseñado un detector de fotón único InGaAs/InPAPD con estructura plana y lo ha puesto en uso comercial. El Instituto de Física Técnica de Shanghai probó el rendimiento de fotón único del fotodetector APD mediante la eliminación de depósitos de zinc y el modo de pulso de puerta balanceada capacitiva con un recuento de oscuridad de 3,6 × 10 ⁻⁴/ns de pulso a una frecuencia de pulso de 1,5 MHz. José P et al. diseñó el detector de fotón único fotodetector InGaAs APD de estructura de mesa con banda prohibida más amplia y utilizó InGaAsP como material de capa absorbente para obtener un recuento de oscuridad más bajo sin afectar la eficiencia de detección.

El modo de funcionamiento del fotodetector de fotón único del fotodetector APD de InGaAs es el modo de funcionamiento libre, es decir, el fotodetector APD necesita apagar el circuito periférico después de que se produce una avalancha y recuperarse después de apagarlo durante un período de tiempo. Para reducir el impacto del tiempo de retardo de extinción, se divide aproximadamente en dos tipos: uno es utilizar un circuito de extinción pasivo o activo para lograr la extinción, como el circuito de extinción activo utilizado por R Thew, etc. Figura (a) , (b) es un diagrama simplificado del circuito de control electrónico y extinción activa y su conexión con el fotodetector APD, que ha sido desarrollado para funcionar en modo cerrado o de funcionamiento libre, reduciendo significativamente el problema post-pulso no realizado anteriormente. Además, la eficiencia de detección a 1550 nm es del 10% y la probabilidad de pospulso se reduce a menos del 1%. El segundo es lograr una rápida extinción y recuperación controlando el nivel de tensión de polarización. Dado que no depende del control de retroalimentación del pulso de avalancha, el tiempo de retardo de extinción se reduce significativamente y se mejora la eficiencia de detección del detector. Por ejemplo, LC Comandar et al utilizan el modo cerrado. Se preparó un detector de fotón único controlado basado en InGaAs/InPAPD. La eficiencia de detección de fotón único fue superior al 55% a 1550 nm y se logró una probabilidad pospulso del 7%. Sobre esta base, la Universidad de Ciencia y Tecnología de China estableció un sistema LiDAR que utiliza fibra multimodo acoplada simultáneamente con un fotodetector de fotón único InGaAs APD de modo libre. El equipo experimental se muestra en las Figuras (c) y (d), y la detección de nubes multicapa con una altura de 12 km se realiza con una resolución temporal de 1 s y una resolución espacial de 15 m.