Fotodetector de fotón único InGaAs

Fotón únicoFotodetector de InGaAs

Con el rápido desarrollo del LiDAR, ladetección de luzLa tecnología y la tecnología de medición de distancias utilizadas para el rastreo automático de vehículos por imágenes también presentan requisitos más exigentes. La sensibilidad y la resolución temporal del detector utilizado en la tecnología tradicional de detección de luz tenue no satisfacen las necesidades reales. Un fotón único es la unidad de energía de luz más pequeña, y un detector con capacidad de detección de fotón único es la herramienta definitiva para la detección de luz tenue. En comparación con el InGaAs...Fotodetector APDLos detectores monofotónicos basados ​​en el fotodetector APD InGaAs ofrecen mayor velocidad de respuesta, sensibilidad y eficiencia. Por ello, se han llevado a cabo diversas investigaciones sobre fotodetectores monofotónicos IN-GAAS APD, 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 avalanchasEn 1997, se obtuvieron resultados de simulación numérica de las características transitorias de un fotodetector de avalancha de un solo fotón. Posteriormente, en 2006, los investigadores utilizaron MOCVD para preparar un modelo geométrico planar.Fotodetector APD de InGaAsDetector monofotónico, que aumentó la eficiencia de detección monofotónica 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 de zinc y optimizar la estructura vertical, el detector monofotónico alcanzó una mayor eficiencia de detección, de hasta el 30 %, y alcanzó una fluctuación temporal de aproximadamente 87 ps. En 2016, SANZARO M et al. integraron el fotodetector APD de InGaAs con una resistencia monolítica integrada, diseñaron un módulo compacto de conteo monofotónico basado en el detector y propusieron un método de extinción híbrido que redujo significativamente la carga de avalancha, reduciendo así la diafonía óptica y pospulso, y la fluctuación temporal a 70 ps. Simultáneamente, otros grupos de investigación también han investigado el APD de InGaAs.fotodetectorDetector de fotón único. Por ejemplo, Princeton Lightwave diseñó y comercializó un detector de fotón único InGaAs/InPAPD con estructura planar. El Instituto de Física Técnica de Shanghái probó el rendimiento de fotón único del fotodetector APD mediante la eliminación de depósitos de zinc y el modo de pulso capacitivo de puerta balanceada con un conteo oscuro de 3,6 × 10⁻⁴/ns a una frecuencia de pulso de 1,5 MHz. Joseph P et al. diseñaron el detector de fotón único InGaAs APD con estructura de mesa y una banda prohibida más amplia, utilizando InGaAsP como material de capa absorbente para obtener un conteo oscuro más bajo sin afectar la eficiencia de detección.

El modo de funcionamiento del fotodetector de fotón único APD de InGaAs es el modo de funcionamiento libre, es decir, el fotodetector APD necesita apagar el circuito periférico después de que ocurra una avalancha y recuperarse después del apagado durante un período de tiempo. Para reducir el impacto del tiempo de retardo de apagado, se divide aproximadamente en dos tipos: Uno es utilizar un circuito de apagado pasivo o activo para lograr el apagado, como el circuito de apagado activo utilizado por R Thew, etc. Las figuras (a), (b) son un diagrama simplificado del control electrónico y el circuito de apagado activo y su conexión con el fotodetector APD, que se ha desarrollado para funcionar en modo de funcionamiento libre o cerrado, lo que reduce significativamente el problema de post-pulso no detectado anteriormente. Además, la eficiencia de detección a 1550 nm es del 10% y la probabilidad de post-pulso se reduce a menos del 1%. El segundo es lograr un apagado y una recuperación rápidos controlando el nivel de voltaje de polarización. Dado que no depende del control de retroalimentación del pulso de avalancha, el tiempo de retardo de extinción se reduce significativamente y la eficiencia de detección del detector se mejora. Por ejemplo, LC Comandar et al utilizan el modo de compuerta. Se preparó un detector de fotón único de compuerta basado en InGaAs / InPAPD. La eficiencia de detección de fotón único fue superior al 55% a 1550 nm, y se logró la probabilidad posterior al pulso del 7%. Sobre esta base, la Universidad de Ciencia y Tecnología de China estableció un sistema lidar utilizando fibra multimodo acoplada simultáneamente con un detector de fotón único de fotodetector APD de InGaAs de modo libre. El equipo experimental se muestra en la Figura (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.