ერთფოტონიანი InGaAs ფოტოდეტექტორი

ერთი ფოტონიInGaAs ფოტოდეტექტორი

LiDAR-ის სწრაფი განვითარებით,სინათლის აღმოჩენაავტომატური სატრანსპორტო საშუალების თვალთვალის გამოსახულების ტექნოლოგიისთვის გამოყენებულ ტექნოლოგიასა და დიაპაზონის ტექნოლოგიას ასევე უფრო მაღალი მოთხოვნები აქვს, რადგან ტრადიციული დაბალი განათების აღმოჩენის ტექნოლოგიაში გამოყენებული დეტექტორის მგრძნობელობა და დროითი გარჩევადობა ვერ აკმაყოფილებს რეალურ საჭიროებებს. ერთი ფოტონი სინათლის ყველაზე მცირე ენერგიის ერთეულია და ერთი ფოტონის აღმოჩენის შესაძლებლობის მქონე დეტექტორი დაბალი განათების აღმოჩენის საბოლოო ინსტრუმენტია. InGaAs-თან შედარებითAPD ფოტოდეტექტორიInGaAs APD ფოტოდეტექტორზე დაფუძნებულ ერთფოტონიან დეტექტორებს აქვთ უფრო მაღალი რეაგირების სიჩქარე, მგრძნობელობა და ეფექტურობა. ამიტომ, IN-GAAS APD ფოტოდეტექტორიან ერთფოტონიან დეტექტორებზე ჩატარებულია კვლევების სერია როგორც ქვეყნის შიგნით, ასევე მის ფარგლებს გარეთ.

იტალიის ქალაქ მილანის უნივერსიტეტის მკვლევრებმა პირველად შეიმუშავეს ორგანზომილებიანი მოდელი ერთი ფოტონის გარდამავალი ქცევის სიმულირებისთვის.ზვავის ფოტოდეტექტორი1997 წელს და წარმოადგინა ერთფოტონიანი ზვავის ფოტოდეტექტორის გარდამავალი მახასიათებლების რიცხვითი სიმულაციის შედეგები. შემდეგ, 2006 წელს, მკვლევარებმა გამოიყენეს MOCVD სიბრტყოვანი გეომეტრიული ნიმუშის მოსამზადებლად.InGaAs APD ფოტოდეტექტორიერთფოტონიანი დეტექტორი, რომელმაც გაზარდა ერთფოტონიანი დეტექციის ეფექტურობა 10%-მდე ამრეკლავი ფენის შემცირებით და ჰეტეროგენულ ინტერფეისზე ელექტრული ველის გაძლიერებით. 2014 წელს, თუთიის დიფუზიის პირობების შემდგომი გაუმჯობესებით და ვერტიკალური სტრუქტურის ოპტიმიზაციის გზით, ერთფოტონიან დეტექტორს აქვს უფრო მაღალი დეტექციის ეფექტურობა, 30%-მდე, და აღწევს დაახლოებით 87 ps დროის რხევას. 2016 წელს, სანზარო მ.-მ და სხვებმა ინტეგრირება გაუკეთეს InGaAs APD ფოტოდეტექტორის ერთფოტონიან დეტექტორს მონოლითურ ინტეგრირებულ რეზისტორთან, შეიმუშავეს კომპაქტური ერთფოტონიანი დათვლის მოდული დეტექტორზე და შემოგვთავაზეს ჰიბრიდული ჩაქრობის მეთოდი, რომელმაც მნიშვნელოვნად შეამცირა ზვავის მუხტი, რითაც შეამცირა პოსტ-იმპულსური და ოპტიკური ჯვარედინი ტალღები და დროის რხევა 70 ps-მდე შეამცირა. ამავდროულად, სხვა კვლევითმა ჯგუფებმაც ჩაატარეს კვლევა InGaAs APD-ზე.ფოტოდეტექტორიერთფოტონიანი დეტექტორი. მაგალითად, Princeton Lightwave-მა შექმნა InGaAs/InPAPD ერთფოტონიანი დეტექტორი ბრტყელი სტრუქტურით და კომერციულ გამოყენებაში გამოიყენა. შანხაის ტექნიკური ფიზიკის ინსტიტუტმა გამოსცადა APD ფოტოდეტექტორის ერთფოტონიანი მუშაობა თუთიის დეპოზიტების მოცილების და ტევადობით დაბალანსებული კარიბჭის იმპულსური რეჟიმის გამოყენებით 3.6 × 10 ⁻⁴/ns იმპულსის სიბნელის რაოდენობით, 1.5 MHz იმპულსის სიხშირით. ჯოზეფ პ.-მ და სხვებმა შეიმუშავეს მესა სტრუქტურის InGaAs APD ფოტოდეტექტორის ერთფოტონიანი დეტექტორი უფრო ფართო ზოლით და გამოიყენეს InGaAsP, როგორც შთამნთქმელი ფენის მასალა, რათა მიეღოთ უფრო დაბალი სიბნელის რაოდენობა აღმოჩენის ეფექტურობაზე გავლენის გარეშე.

InGaAs APD ფოტოდეტექტორის ერთფოტონიანი დეტექტორის მუშაობის რეჟიმი თავისუფალი მუშაობის რეჟიმია, ანუ APD ფოტოდეტექტორს სჭირდება პერიფერიული წრედის ჩაქრობა ზვავის შემდეგ და გარკვეული პერიოდის განმავლობაში აღდგენა ჩაქრობის შემდეგ. ჩაქრობის დაყოვნების დროის ზემოქმედების შესამცირებლად, იგი დაახლოებით ორ ტიპად იყოფა: პირველი არის პასიური ან აქტიური ჩაქრობის სქემის გამოყენება ჩაქრობის მისაღწევად, როგორიცაა აქტიური ჩაქრობის სქემა, რომელსაც იყენებს R Thew და ა.შ. სურათი (ა), (ბ) არის ელექტრონული მართვისა და აქტიური ჩაქრობის სქემის გამარტივებული დიაგრამა და მისი კავშირი APD ფოტოდეტექტორთან, რომელიც შემუშავებულია კარიბჭიან ან თავისუფალი მუშაობის რეჟიმში სამუშაოდ, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს აქამდე შეუსრულებელ პოსტ-იმპულსის პრობლემას. გარდა ამისა, 1550 ნმ-ზე აღმოჩენის ეფექტურობა 10%-ია, ხოლო პოსტ-იმპულსის ალბათობა 1%-ზე ნაკლებია. მეორე არის სწრაფი ჩაქრობისა და აღდგენის მიღწევა მიკერძოების ძაბვის დონის კონტროლით. რადგან ეს არ არის დამოკიდებული ზვავის იმპულსის უკუკავშირის კონტროლზე, ჩაქრობის დაყოვნების დრო მნიშვნელოვნად მცირდება და დეტექტორის აღმოჩენის ეფექტურობა გაუმჯობესებულია. მაგალითად, LC Comandar და სხვები იყენებენ კარიბჭიან რეჟიმს. მომზადდა InGaAs/InPAPD-ზე დაფუძნებული კარიბჭიანი ერთფოტონიანი დეტექტორი. ერთფოტონიანი დეტექციის ეფექტურობა 1550 ნმ-ზე 55%-ზე მეტი იყო და პოსტ-იმპულსური ალბათობა 7%-ს შეადგენდა. ამის საფუძველზე, ჩინეთის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უნივერსიტეტმა შექმნა liDAR სისტემა მრავალმოდიანი ბოჭკოს გამოყენებით, რომელიც ერთდროულად არის დაკავშირებული თავისუფალი რეჟიმის InGaAs APD ფოტოდეტექტორ ერთფოტონიან დეტექტორთან. ექსპერიმენტული აღჭურვილობა ნაჩვენებია ნახაზებზე (გ) და (დ), ხოლო 12 კმ სიმაღლის მრავალშრიანი ღრუბლების აღმოჩენა ხორციელდება 1 წმ დროის გარჩევადობით და 15 მ სივრცითი გარჩევადობით.