โฟตอนโฟตอนเดี่ยว PhotoDetector

โฟตอนเดี่ยวIngaas PhotoDetector

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของ LiDARการตรวจจับแสงเทคโนโลยีและเทคโนโลยีที่หลากหลายที่ใช้สำหรับเทคโนโลยีการถ่ายภาพการติดตามยานพาหนะอัตโนมัติยังมีข้อกำหนดที่สูงขึ้นความไวและความละเอียดเวลาของเครื่องตรวจจับที่ใช้ในเทคโนโลยีการตรวจจับแสงต่ำแบบดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการที่แท้จริงได้ โฟตอนเดี่ยวเป็นหน่วยพลังงานที่เล็กที่สุดของแสงและเครื่องตรวจจับที่มีความสามารถในการตรวจจับโฟตอนเดี่ยวเป็นเครื่องมือสุดท้ายของการตรวจจับแสงต่ำ เมื่อเทียบกับ ingaasAPD PhotoDetectorเครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวที่ใช้ IngaAS APD photodetector มีความเร็วในการตอบสนองที่สูงขึ้นความไวและประสิทธิภาพ ดังนั้นชุดของงานวิจัยเกี่ยวกับเครื่องตรวจจับโฟตอนเดียวใน GAAS APD ได้ดำเนินการทั้งในและต่างประเทศ

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยมิลานในอิตาลีได้พัฒนาแบบจำลองสองมิติเป็นครั้งแรกเพื่อจำลองพฤติกรรมชั่วคราวของโฟตอนเดียวAvalanche PhotoDetectorในปี 1997 และให้ผลการจำลองเชิงตัวเลขของลักษณะชั่วคราวของโฟโตฟอลฟ็อตเครื่องถ่ายภาพโฟตอนเดียว จากนั้นในปี 2549 นักวิจัยใช้ MOCVD เพื่อเตรียมเรขาคณิตระนาบIngaas APD PhotoDetectorเครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพการตรวจจับโฟตอนเดี่ยวเป็น 10% โดยการลดชั้นสะท้อนแสงและเพิ่มสนามไฟฟ้าที่ส่วนต่อประสานที่แตกต่างกัน ในปี 2014 โดยการปรับปรุงเงื่อนไขการแพร่กระจายของสังกะสีต่อไปและปรับโครงสร้างแนวตั้งให้เหมาะสมเครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวมีประสิทธิภาพในการตรวจจับที่สูงขึ้นสูงถึง 30%และบรรลุการกระวนกระวายใจเวลาประมาณ 87 ps ในปี 2559 Sanzaro M et al. บูรณาการเครื่องตรวจจับโฟโตฟ็อตของ INGAAS APD ด้วยตัวต้านทานแบบบูรณาการแบบเสาหินได้ออกแบบโมดูลการนับโฟตอนเดี่ยวขนาดกะทัดรัดตามเครื่องตรวจจับและเสนอวิธีการดับไฮบริด ในเวลาเดียวกันกลุ่มวิจัยอื่น ๆ ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับ IngaaS APDเครื่องตรวจจับแสงเครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยว ตัวอย่างเช่น Princeton Lightwave ได้ออกแบบ INGAAS/INPAPD เครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวที่มีโครงสร้างระนาบและนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ สถาบันฟิสิกส์ด้านเทคนิคเซี่ยงไฮ้ทดสอบประสิทธิภาพโฟตอนเดี่ยวของโฟโตไดเทคเตอร์ APD โดยใช้การกำจัดคราบสังกะสีและโหมดพัลส์เกตที่สมดุลด้วย capacitive ที่มีจำนวนสีเข้ม 3.6 × 10 ⁻⁴/n/ns ที่ความถี่ชีพจรที่ 1.5 MHz Joseph P et al. ออกแบบโครงสร้าง MESA IngaAs APD PhotoDetector เครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวที่มี bandgap ที่กว้างขึ้นและใช้ Ingaasp เป็นวัสดุชั้นที่ดูดซับเพื่อให้ได้ค่ามืดที่ต่ำกว่าโดยไม่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการตรวจจับ

โหมดการทำงานของเครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวของ IngaAS APD เป็นโหมดการทำงานฟรีนั่นคือโฟโตเครื่องตรวจจับ APD จำเป็นต้องดับวงจรส่วนปลายหลังจากเกิดหิมะถล่มและกู้คืนหลังจากดับเป็นระยะเวลาหนึ่ง เพื่อลดผลกระทบของการหน่วงเวลาการดับมันจะแบ่งออกเป็นสองประเภท: หนึ่งคือการใช้วงจรดับหรือการดับแบบแอคทีฟเพื่อให้เกิดการดับเช่นวงจรดับที่ใช้งานโดย R Thew ฯลฯ รูป (A) ปัญหาหลังการโพสต์ที่ยังไม่เกิดขึ้นจริง ยิ่งไปกว่านั้นประสิทธิภาพการตรวจจับที่ 1550 นาโนเมตรคือ 10%และความน่าจะเป็นของโพสต์พัลส์จะลดลงเหลือน้อยกว่า 1% ประการที่สองคือการตระหนักถึงการดับอย่างรวดเร็วและการกู้คืนโดยการควบคุมระดับของแรงดันไฟฟ้าอคติ เนื่องจากมันไม่ได้ขึ้นอยู่กับการควบคุมความคิดเห็นของพัลส์หิมะถล่มเวลาหน่วงของการดับจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญและประสิทธิภาพการตรวจจับของเครื่องตรวจจับจึงดีขึ้น ตัวอย่างเช่น LC Comandar et al ใช้โหมด Gated เครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวที่มีรั้วรอบขอบชิดซึ่งใช้ IngaAs/INPAPD ถูกเตรียม ประสิทธิภาพการตรวจจับโฟตอนเดียวสูงกว่า 55% ที่ 1550 นาโนเมตรและความน่าจะเป็นหลังพัลส์ 7% ทำได้ บนพื้นฐานนี้มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของจีนได้จัดตั้งระบบ LIDAR โดยใช้เส้นใยหลายโหมดพร้อมกันพร้อมกับเครื่องตรวจจับโฟโตฟ็อตของโฟโต้ APD แบบฟรีโหมดฟรี อุปกรณ์ทดลองแสดงในรูป (c) และ (d) และการตรวจจับเมฆหลายชั้นที่มีความสูง 12 กม. จะรับรู้ด้วยความละเอียดเวลา 1 วินาทีและความละเอียดเชิงพื้นที่ 15 เมตร