פוטון בודדגלאי צילום InGaAs
עם ההתפתחות המהירה של LiDAR, הזיהוי אורלטכנולוגיה ולטכנולוגיות טווח המשמשות לטכנולוגיית הדמיה אוטומטית של מעקב אחר רכב יש גם דרישות גבוהות יותר, הרגישות ורזולוציית הזמן של הגלאי המשמשת בטכנולוגיית זיהוי אור נמוך המסורתית אינן יכולות לענות על הצרכים בפועל. פוטון בודד הוא יחידת האנרגיה הקטנה ביותר של אור, והגלאי בעל יכולת זיהוי פוטון בודד הוא הכלי האחרון לזיהוי אור נמוך. בהשוואה ל-InGaAsגלאי צילום APD, גלאי פוטון בודד המבוססים על InGaAs APD photodetector בעלי מהירות תגובה, רגישות ויעילות גבוהים יותר. לכן, סדרה של מחקרים על גלאי פוטון יחיד IN-GAAS APD בוצעו בבית ומחוצה לה.
חוקרים מאוניברסיטת מילאנו באיטליה פיתחו לראשונה מודל דו מימדי כדי לדמות התנהגות חולפת של פוטון בודדגלאי צילום מפולתבשנת 1997, ונתן תוצאות סימולציה מספריות של המאפיינים החולפים של פוטו-גלאי מפולת פוטון בודד. ואז בשנת 2006, החוקרים השתמשו ב-MOCVD כדי להכין גיאומטרי מישוריגלאי צילום InGaAs APDגלאי פוטון בודד, שהגדיל את יעילות זיהוי הפוטון היחיד ל-10% על ידי הפחתת השכבה הרפלקטיבית והגברת השדה החשמלי בממשק ההטרוגני. בשנת 2014, על ידי שיפור נוסף של תנאי פיזור האבץ ואופטימיזציה של המבנה האנכי, לגלאי הפוטון הבודד יש יעילות זיהוי גבוהה יותר, עד 30%, ומשיג ריצוד תזמון של כ-87 ps. בשנת 2016, SANZARO M et al. שילב את גלאי הפוטו-פוטון של InGaAs APD עם נגד משולב מונוליטי, עיצב מודול קומפקטי לספירת פוטון בודד המבוסס על הגלאי, והציע שיטת כיבוי היברידית שהפחיתה משמעותית את מטען המפולת, ובכך הפחיתה את הפוסט-פולס והצלבה האופטית, ו הפחתת ריצוד תזמון ל-70 ps. במקביל, קבוצות מחקר אחרות ביצעו גם מחקר על InGaAs APDגלאי צילוםגלאי פוטון בודד. לדוגמה, Princeton Lightwave עיצבה גלאי פוטון יחיד InGaAs/InPAPD עם מבנה מישורי והכניסה אותו לשימוש מסחרי. המכון לפיזיקה טכנית של שנחאי בדק את ביצועי הפוטון הבודד של גלאי צילום APD באמצעות הסרת משקעי אבץ ומצב פעימות השער המאוזן הקיבולי עם ספירת כהה של 3.6 × 10 ⁻⁴/ns פולס בתדר פולס של 1.5 מגה-הרץ. יוסף פ וחב'. עיצב את מבנה ה-Mesa InGaAs APD photodetector גלאי פוטון בודד עם מרווח פס רחב יותר, והשתמש ב-InGaAsP כחומר השכבה הסופגת כדי להשיג ספירת כהות נמוכה יותר מבלי להשפיע על יעילות הגילוי.
מצב הפעולה של גלאי הפוטון היחיד של InGaAs APD הוא מצב פעולה חופשי, כלומר, גלאי הצילום של APD צריך לכבות את המעגל ההיקפי לאחר שמתרחשת מפולת, ולהתאושש לאחר כיבוי למשך תקופה. על מנת להפחית את ההשפעה של זמן עיכוב ההמרה, הוא מחולק באופן גס לשני סוגים: האחד הוא להשתמש במעגל מרווה פסיבי או אקטיבי כדי להשיג מרווה, כגון מעגל ההמרה האקטיבי המשמש את ה-R Thew וכו'. איור (א) , (ב) הוא דיאגרמה מפושטת של מעגל הבקרה האלקטרוני ומעגל ההמרה הפעיל והחיבור שלו ל-APD photodetector, שפותח לעבוד במצב משוער או במצב ריצה חופשית, מה שמפחית משמעותית את בעיית הפוסט-פולס שלא התממשה בעבר. יתרה מכך, יעילות הזיהוי ב-1550 ננומטר היא 10%, וההסתברות לפוסט-פולס מופחתת לפחות מ-1%. השני הוא לממש כיבוי מהיר והתאוששות על ידי שליטה ברמת מתח ההטיה. מכיוון שהוא אינו תלוי בבקרת המשוב של דופק המפולת, זמן ההשהיה של הכיבוי מצטמצם באופן משמעותי ויעילות הזיהוי של הגלאי משתפרת. לדוגמה, LC Comandar וחב' משתמשים במצב הגוד. הוכן גלאי פוטון בודד המבוסס על InGaAs/InPAPD. יעילות זיהוי הפוטון הבודד הייתה מעל 55% ב-1550 ננומטר, והושגה ההסתברות שלאחר הדופק של 7%. על בסיס זה, אוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין הקימה מערכת liDAR המשתמשת בסיבים מרובים במצב בו-זמנית יחד עם גלאי פוטונים בודדים של InGaAs APD במצב חופשי. ציוד הניסוי מוצג באיור (ג) ו-(ד), וזיהוי של עננים רב-שכבתיים בגובה של 12 ק"מ מתממש ברזולוציית זמן של 1 שניות וברזולוציה מרחבית של 15 מ'.
זמן פרסום: מאי-07-2024