Fotodetector de InGaAs de un solo fotón

fotón únicofotodetector de InGaAs

Con el rápido desarrollo del LiDAR, eldetección de luzLa tecnología y la tecnología de medición de distancia utilizadas para la tecnología de imágenes de seguimiento automático de vehículos también tienen requisitos más altos; la sensibilidad y la resolución temporal del detector utilizado en la tecnología tradicional de detección de baja luminosidad no pueden satisfacer las necesidades reales. El fotón individual es la unidad de energía más pequeña de la luz, y el detector con capacidad de detección de fotones individuales es la herramienta final de la detección de baja luminosidad. En comparación con InGaAsfotodetector APDLos detectores de fotones individuales 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 fotones individuales basados ​​en 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 avalanchasEn 1997, se presentaron 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 una estructura geométrica planar.Fotodetector APD de InGaAsDetector de fotones individuales, que aumentó la eficiencia de detección de fotones individuales 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 de fotones individuales tiene una mayor eficiencia de detección, hasta el 30%, y logra una fluctuación temporal de aproximadamente 87 ps. En 2016, SANZARO M et al. integraron el fotodetector de fotones individuales InGaAs APD con una resistencia integrada monolítica, diseñaron un módulo compacto de conteo de fotones individuales basado en el detector y propusieron un método de extinción híbrido que redujo significativamente la carga de avalancha, reduciendo así el pulso posterior y la diafonía óptica, y reduciendo la fluctuación temporal a 70 ps. Al mismo tiempo, otros grupos de investigación también han llevado a cabo investigaciones sobre InGaAs APD.fotodetectordetector de fotones individuales. Por ejemplo, Princeton Lightwave diseñó un detector de fotones individuales InGaAs/InPAPD con estructura planar y lo puso en uso comercial. El Instituto de Física Técnica de Shanghái probó el rendimiento de fotones individuales del fotodetector APD usando la eliminación de depósitos de zinc y el modo de pulso de puerta balanceada capacitiva con un conteo oscuro de 3,6 × 10 ⁻⁴/ns pulso a una frecuencia de pulso de 1,5 MHz. Joseph P et al. diseñaron un detector de fotones individuales de fotodetector APD InGaAs con estructura de mesa con banda prohibida más amplia y usaron InGaAsP como material de capa absorbente para obtener un conteo oscuro más bajo sin afectar la eficiencia de detección.

El modo de operación del fotodetector de fotones individuales InGaAs APD es el modo de operación libre, es decir, el fotodetector APD necesita apagar el circuito periférico después de que ocurre una avalancha y recuperarse después de apagar durante un período de tiempo. Para reducir el impacto del tiempo de retardo de apagado, se divide a grandes rasgos en dos tipos: uno es usar un circuito de apagado pasivo o activo para lograr el apagado, como el circuito de apagado activo utilizado por R Thew, etc. La figura (a), (b) es un diagrama simplificado del control electrónico y el circuito de apagado activo y su conexión con el fotodetector APD, que ha sido desarrollado para funcionar en modo de puerta o de funcionamiento libre, reduciendo significativamente el problema del postpulso que no se había logrado anteriormente. Además, la eficiencia de detección a 1550 nm es del 10%, y la probabilidad de postpulso se reduce a menos del 1%. El segundo es lograr un apagado y 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 mejora. Por ejemplo, LC Comandar et al. utilizan el modo de compuerta. Se preparó un detector de fotones individuales con compuerta basado en InGaAs/InPAPD. La eficiencia de detección de fotones individuales fue superior al 55 % a 1550 nm, y se logró una probabilidad de postpulso 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 fotones individuales de fotodetector APD InGaAs de modo libre. El equipo experimental se muestra en la Figura (c) y (d), y se realiza 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.