Yksi fotoniInGaAs-valodetektori
LiDARin nopean kehityksen myötävalontunnistusAutomaattiseen ajoneuvoseurantatekniikkaan käytetyllä tekniikalla ja vaihtelutekniikalla on myös korkeammat vaatimukset, perinteisessä hämärässä havaitsemistekniikassa käytetyn ilmaisimen herkkyys ja aikaresoluutio eivät vastaa todellisia tarpeita. Yksi fotoni on valon pienin energiayksikkö, ja yhden fotonin ilmaisukykyinen detektori on viimeinen työkalu heikon valon havaitsemiseen. Verrattuna InGaAsiinAPD-valodetektori, InGaAs APD -valotunnistimeen perustuvilla yksifotonisilla ilmaisimilla on suurempi vastenopeus, herkkyys ja tehokkuus. Siksi kotimaassa ja ulkomailla on tehty sarja tutkimuksia IN-GAAS APD -valotunnistimista.
Milanon yliopiston tutkijat Italiasta kehittivät ensin kaksiulotteisen mallin simuloimaan yhden fotonin ohimenevää käyttäytymistälumivyöryvaloilmaisinvuonna 1997 ja antoi numeerisia simulaatiotuloksia yhden fotonivyöryvalodetektorin transienttiominaisuuksista. Sitten vuonna 2006 tutkijat käyttivät MOCVD:tä laatiakseen tasomaisen geometrianInGaAs APD-valodetektoriyhden fotonin ilmaisin, joka nosti yhden fotonin havaitsemisen tehokkuuden 10 prosenttiin vähentämällä heijastavaa kerrosta ja tehostamalla sähkökenttää heterogeenisessa rajapinnassa. Vuonna 2014 sinkin diffuusio-olosuhteita edelleen parantamalla ja pystyrakennetta optimoimalla yksifotonisen ilmaisimen tunnistustehokkuus on korkeampi, jopa 30 %, ja se saavuttaa noin 87 ps:n ajoitusvärinän. Vuonna 2016 SANZARO M et al. integroi InGaAs APD -valodetektorin yhden fotonin ilmaisimen monoliittisella integroidulla vastuksella, suunnitteli kompaktin yhden fotonin laskentamoduulin, joka perustuu ilmaisimeen, ja ehdotti hybridivaimennusmenetelmää, joka vähensi merkittävästi lumivyöryvarausta, mikä vähentää pulssin jälkeistä ja optista ylikuulumista. vähentää ajoituksen värinää 70 ps:iin. Samaan aikaan myös muut tutkimusryhmät ovat tehneet InGaAs APD -tutkimustavalonilmaisinyhden fotonin ilmaisin. Esimerkiksi Princeton Lightwave on suunnitellut InGaAs/InPAPD yhden fotoniilmaisimen, jolla on tasorakenne ja ottanut sen kaupalliseen käyttöön. Shanghai Institute of Technical Physics testasi APD-valodetektorin yhden fotonin suorituskykyä käyttämällä sinkkikerrostumien poistoa ja kapasitiivista tasapainotettua hilapulssimoodia pimeällä 3,6 × 10-4/ns pulssilla pulssitaajuudella 1,5 MHz. Joseph P et ai. suunnitteli mesa-rakenteen InGaAs APD -valodetektorin yhden fotonin ilmaisimen, jossa on leveämpi kaistaväli, ja käytti InGaAsP:tä absorboivan kerroksen materiaalina saadakseen alhaisemman pimeyden määrän vaikuttamatta havaitsemistehokkuuteen.
InGaAs APD -valotunnistimen yhden fotonin ilmaisimen toimintatila on vapaa toimintatila, eli APD-valoilmaisimen on sammutettava oheispiiri lumivyöryn jälkeen ja palautuva sammutuksen jälkeen jonkin aikaa. Sammutusviiveen vaikutuksen vähentämiseksi se jaetaan karkeasti kahteen tyyppiin: Yksi on passiivisen tai aktiivisen sammutuspiirin käyttö sammutuksen saavuttamiseksi, kuten R Thew:n käyttämä aktiivinen sammutuspiiri jne. Kuva (a) , (b) on yksinkertaistettu kaavio elektronisesta ohjauksesta ja aktiivisesta sammutuspiiristä ja sen kytkennästä APD-valotunnistimeen, joka on kehitetty toimimaan aidatussa tai vapaassa käyntitilassa, mikä vähentää merkittävästi aiemmin toteutumatonta pulssin jälkeistä ongelmaa. Lisäksi havaitsemistehokkuus 1550 nm:ssä on 10 % ja jälkipulssin todennäköisyys pienenee alle 1 %:iin. Toinen on toteuttaa nopea sammutus ja palautuminen säätämällä bias-jännitteen tasoa. Koska se ei riipu lumivyörypulssin takaisinkytkennän ohjauksesta, sammutuksen viiveaika pienenee merkittävästi ja ilmaisimen havaintotehokkuus paranee. Esimerkiksi LC Comandar ym. käyttävät portitettua tilaa. Valmistettiin aidattu yksifotonidetektori, joka perustuu InGaAs/InPAPD:hen. Yhden fotonin tunnistustehokkuus oli yli 55 % aallonpituudella 1550 nm, ja pulssin jälkeinen todennäköisyys 7 % saavutettiin. Tältä pohjalta Kiinan tiede- ja teknologiayliopisto perusti liDAR-järjestelmän, jossa käytetään monimuotokuitua samanaikaisesti yhdistettynä vapaamuotoiseen InGaAs APD -valotunnistimeen, yksifotoniin. Koelaitteisto on esitetty kuvissa (c) ja (d), ja 12 km korkeiden monikerroksisten pilvien havaitseminen on toteutettu 1 s:n aikaresoluutiolla ja 15 m:n tilaresoluutiolla.
Postitusaika: 7.5.2024