photon uniquephotodétecteur InGaAs
Avec le développement rapide du LiDAR,détection de la lumièreLes technologies d'imagerie et de télémétrie utilisées pour le suivi automatique des véhicules présentent des exigences plus élevées. La sensibilité et la résolution temporelle des détecteurs utilisés dans les technologies traditionnelles de détection en faible luminosité ne répondent pas aux besoins réels. Le photon unique étant la plus petite unité d'énergie de la lumière, le détecteur capable de détecter des photons uniques constitue l'outil ultime pour la détection en faible luminosité. Comparé à l'InGaAsphotodétecteur APDLes détecteurs de photons uniques basés sur la technologie APD InGaAs présentent une vitesse de réponse, une sensibilité et une efficacité supérieures. De ce fait, de nombreuses recherches sur les détecteurs de photons uniques à photodétecteur APD InGaAs ont été menées en Chine et à l'étranger.
Des chercheurs de l'Université de Milan, en Italie, ont d'abord développé un modèle bidimensionnel pour simuler le comportement transitoire d'un seul photon.photodétecteur d'avalancheEn 1997, ils ont présenté des résultats de simulation numérique des caractéristiques transitoires d'un photodétecteur à avalanche à photon unique. Puis, en 2006, les chercheurs ont utilisé la technique MOCVD pour préparer une structure géométrique plane.photodétecteur APD InGaAsUn détecteur de photons uniques a vu son efficacité de détection portée à 10 % grâce à la réduction de la couche réfléchissante et à l'amélioration du champ électrique à l'interface hétérogène. En 2014, l'amélioration des conditions de diffusion du zinc et l'optimisation de la structure verticale ont permis d'atteindre une efficacité de détection encore plus élevée, jusqu'à 30 %, et une gigue temporelle d'environ 87 ps. En 2016, SANZARO M et al. ont intégré un photodétecteur APD InGaAs à une résistance intégrée monolithique, conçu un module compact de comptage de photons uniques basé sur ce détecteur et proposé une méthode d'extinction hybride réduisant significativement la charge d'avalanche. Cette méthode diminue ainsi la diaphonie optique et les post-impulsions, et abaisse la gigue temporelle à 70 ps. Parallèlement, d'autres équipes de recherche ont également mené des travaux sur les photodétecteurs APD InGaAs.photodétecteurDétecteur de photons uniques. Par exemple, Princeton Lightwave a conçu un détecteur de photons uniques InGaAs/InPAPD à structure planaire et l'a commercialisé. L'Institut de physique technique de Shanghai a testé les performances de détection de photons uniques d'un photodétecteur APD en éliminant les dépôts de zinc et en utilisant le mode d'impulsion de grille équilibrée capacitive, avec un taux de comptage d'obscurité de 3,6 × 10⁻⁴/ns à une fréquence d'impulsion de 1,5 MHz. Joseph P. et al. ont conçu un photodétecteur APD InGaAs à structure mesa avec une bande interdite plus large et ont utilisé l'InGaAsP comme matériau de couche absorbante pour obtenir un taux de comptage d'obscurité plus faible sans affecter l'efficacité de détection.
Le mode de fonctionnement du photodétecteur APD InGaAs est un mode libre. Autrement dit, après une avalanche, le photodétecteur APD doit interrompre le fonctionnement du circuit périphérique et se rétablir après un certain délai. Afin de réduire l'impact de ce délai d'interruption, deux types de dispositifs sont généralement utilisés : le premier consiste à utiliser un circuit d'interruption passif ou actif, comme celui utilisé par R. Thew. Les figures (a) et (b) illustrent un schéma simplifié du circuit de commande électronique et de l'interruption active, ainsi que sa connexion au photodétecteur APD. Ce dispositif, conçu pour fonctionner en mode contrôlé ou libre, réduit considérablement le problème des post-impulsions, auparavant insoluble. De plus, l'efficacité de détection à 1550 nm est de 10 % et la probabilité de post-impulsions est inférieure à 1 %. Le second dispositif permet une interruption et un rétablissement rapides grâce au contrôle de la tension de polarisation. Puisqu'il ne dépend pas de la régulation par rétroaction de l'impulsion d'avalanche, le temps de latence d'extinction est considérablement réduit et l'efficacité de détection du détecteur est améliorée. Par exemple, LC Comandar et al. utilisent le mode déclenché. Un détecteur de photons uniques déclenché, basé sur InGaAs/InPAPD, a été mis au point. L'efficacité de détection de photons uniques a dépassé 55 % à 1550 nm, et une probabilité de post-impulsion de 7 % a été obtenue. Sur cette base, l'Université des Sciences et Technologies de Chine a mis au point un système LiDAR utilisant une fibre multimode couplée simultanément à un photodétecteur APD InGaAs en mode libre. Le dispositif expérimental est présenté sur les figures (c) et (d), et la détection de nuages multicouches d'une hauteur de 12 km a été réalisée avec une résolution temporelle de 1 s et une résolution spatiale de 15 m.
Date de publication : 7 mai 2024