fotón únicofotodetector InGaAs
Con el rápido desarrollo del LiDAR,detección de luzLas tecnologías de imagen y seguimiento automático de vehículos, tanto tradicionales como de medición de distancia, tienen requisitos más exigentes. La sensibilidad y la resolución temporal de los detectores empleados en estas tecnologías no satisfacen las necesidades reales. El fotón individual es la unidad de energía más pequeña de la luz, y el detector capaz de detectarlo constituye la herramienta definitiva para la detección en condiciones de baja luminosidad. En comparación con InGaAsfotodetector APDLos detectores de fotón único basados en fotodetectores APD de InGaAs presentan mayor velocidad de respuesta, sensibilidad y eficiencia. Por consiguiente, se han llevado a cabo numerosas investigaciones sobre detectores de fotón único con fotodetectores APD de InGaAs tanto a nivel nacional como internacional.
Investigadores de la Universidad de Milán, en Italia, desarrollaron por primera vez un modelo bidimensional para simular el comportamiento transitorio de un solo fotón.fotodetector de avalanchaEn 1997, presentaron resultados de simulación numérica de las características transitorias de un fotodetector de avalancha de fotón único. Posteriormente, en 2006, los investigadores utilizaron MOCVD para preparar una geometría plana.fotodetector APD de InGaAsSe desarrolló un detector de fotón único que incrementó su eficiencia de detección al 10 % al reducir la capa reflectante y potenciar 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 alcanzó una eficiencia de detección superior, de hasta el 30 %, y una fluctuación temporal de aproximadamente 87 ps. En 2016, Sanzaro M. et al. integraron el fotodetector APD de InGaAs con una resistencia integrada monolítica, diseñaron un módulo compacto de conteo de fotones únicos basado en el detector y propusieron un método de extinción híbrido que redujo significativamente la carga de avalancha, disminuyendo así la diafonía óptica y postpulso, y la fluctuación temporal a 70 ps. Paralelamente, otros grupos de investigación también han llevado a cabo estudios sobre el APD de InGaAs.fotodetectorDetector de fotón único. Por ejemplo, Princeton Lightwave diseñó un detector de fotón único InGaAs/InPAPD con estructura planar y lo comercializó. El Instituto de Física Técnica de Shanghái evaluó el rendimiento de un fotodetector APD mediante la eliminación de depósitos de zinc y el modo de pulso de puerta capacitivo balanceado, obteniendo un recuento oscuro de 3,6 × 10⁻⁴/ns a una frecuencia de pulso de 1,5 MHz. Joseph P. et al. diseñaron un fotodetector APD InGaAs con estructura de mesa y mayor ancho de banda prohibida, utilizando InGaAsP como material de la capa absorbente para obtener un recuento oscuro menor sin afectar la eficiencia de detección.
El modo de operación del fotodetector de fotón único APD de InGaAs es de operación libre. Esto significa que el fotodetector APD necesita suprimir el circuito periférico tras producirse una avalancha y recuperarse después de un periodo de supresión. Para minimizar el impacto del retardo de supresión, se distinguen dos tipos: uno consiste en utilizar un circuito de supresión pasivo o activo, como el circuito de supresión activo empleado por R Thew, etc. Las figuras (a) y (b) muestran un diagrama simplificado del circuito de control electrónico y de supresión activa, así como su conexión con el fotodetector APD. Este circuito se ha desarrollado para funcionar en modo controlado o de operación libre, lo que reduce significativamente el problema de postpulso, que antes no se había abordado. Además, la eficiencia de detección a 1550 nm es del 10 % y la probabilidad de postpulso se reduce a menos del 1 %. El segundo tipo consiste en lograr una supresión y recuperación rápidas mediante el control del nivel de tensión de polarización. Dado que no depende del control de retroalimentación del pulso de avalancha, el tiempo de retardo de la extinción se reduce significativamente y la eficiencia de detección del detector mejora. Por ejemplo, LC Comandar et al. utilizan el modo de puerta. Se preparó un detector de fotón único con puerta basado en InGaAs/InPAPD. La eficiencia de detección de fotón único superó el 55 % a 1550 nm y se alcanzó una probabilidad post-pulso del 7 %. Sobre esta base, la Universidad de Ciencia y Tecnología de China estableció un sistema LiDAR que utiliza fibra multimodo acoplada simultáneamente a un fotodetector de fotón único InGaAs APD de modo libre. El equipo experimental se muestra en las figuras (c) y (d), y se logró la detección de nubes multicapa con una altura de 12 km con una resolución temporal de 1 s y una resolución espacial de 15 m.
Fecha de publicación: 7 de mayo de 2024