Photon uniquePhotodétecteur InGaAs
Avec le développement rapide du LiDAR, ledétection de lumièreLa technologie et la technologie de télémétrie utilisées pour la technologie d'imagerie de suivi automatique des véhicules ont également des exigences plus élevées, la sensibilité et la résolution temporelle du détecteur utilisé dans la technologie traditionnelle de détection de faible luminosité ne peuvent pas répondre aux besoins réels. Le photon unique est la plus petite unité énergétique de la lumière, et le détecteur doté de la capacité de détection d'un photon unique est l'outil final de détection de faible luminosité. Par rapport à InGaAsPhotodétecteur APD, les détecteurs à photon unique basés sur le photodétecteur InGaAs APD ont une vitesse de réponse, une sensibilité et une efficacité plus élevées. Par conséquent, une série de recherches sur les détecteurs de photons uniques à photodétecteur IN-GAAS APD ont été menées dans le pays et à l’étranger.
Des chercheurs de l'Université de Milan en Italie ont développé pour la première fois un modèle bidimensionnel pour simuler le comportement transitoire d'un photon unique.photodétecteur d'avalancheen 1997, et a donné des résultats de simulation numérique des caractéristiques transitoires d'un photodétecteur à avalanche à photon unique. Puis, en 2006, les chercheurs ont utilisé MOCVD pour préparer un modèle géométrique plan.Photodétecteur InGaAs APDdétecteur de photons uniques, qui a augmenté l'efficacité de détection de photons uniques à 10 % en réduisant la couche réfléchissante et en améliorant le champ électrique au niveau de l'interface hétérogène. En 2014, en améliorant encore les conditions de diffusion du zinc et en optimisant la structure verticale, le détecteur à photon unique a une efficacité de détection plus élevée, jusqu'à 30 %, et atteint une gigue temporelle d'environ 87 ps. En 2016, SANZARO M et al. intégré le détecteur à photon unique du photodétecteur InGaAs APD avec une résistance monolithique intégrée, conçu un module compact de comptage de photons uniques basé sur le détecteur et proposé une méthode de trempe hybride qui réduisait considérablement la charge d'avalanche, réduisant ainsi la diaphonie post-impulsion et optique, et réduisant la gigue de synchronisation à 70 ps. Parallèlement, d'autres groupes de recherche ont également mené des recherches sur l'InGaAs APD.photodétecteurdétecteur de photon unique. Par exemple, Princeton Lightwave a conçu un détecteur à photon unique InGaAs/InPAPD à structure planaire et l'a mis en service commercial. L'Institut de physique technique de Shanghai a testé les performances à photon unique du photodétecteur APD en utilisant l'élimination des dépôts de zinc et le mode d'impulsion de grille équilibrée capacitive avec un compte d'obscurité de 3,6 × 10 ⁻⁴/ns d'impulsion à une fréquence d'impulsion de 1,5 MHz. Joseph P et coll. a conçu le détecteur de photon unique à photodétecteur InGaAs APD à structure mesa avec une bande interdite plus large et a utilisé InGaAsP comme matériau de couche absorbante pour obtenir un nombre d'obscurité inférieur sans affecter l'efficacité de la détection.
Le mode de fonctionnement du détecteur de photon unique du photodétecteur InGaAs APD est le mode de fonctionnement libre, c'est-à-dire que le photodétecteur APD doit éteindre le circuit périphérique après qu'une avalanche se produit et récupérer après l'extinction pendant un certain temps. Afin de réduire l'impact du temps de retard de trempe, il est grossièrement divisé en deux types : L'un consiste à utiliser un circuit de trempe passif ou actif pour réaliser la trempe, tel que le circuit de trempe actif utilisé par le R Thew, etc. Figure (a) , (b) est un schéma simplifié du circuit de commande électronique et d'extinction active et de sa connexion avec le photodétecteur APD, qui a été développé pour fonctionner en mode de fonctionnement fermé ou libre, réduisant considérablement le problème post-impulsion non réalisé auparavant. De plus, l'efficacité de détection à 1 550 nm est de 10 % et la probabilité de post-impulsion est réduite à moins de 1 %. La seconde consiste à réaliser une trempe et une récupération rapides en contrôlant le niveau de tension de polarisation. Puisqu'il ne dépend pas de la commande par rétroaction de l'impulsion d'avalanche, le temps de retard de l'extinction est considérablement réduit et l'efficacité de détection du détecteur est améliorée. Par exemple, LC Comandar et al utilisent le mode fermé. Un détecteur à photon unique basé sur InGaAs/InPAPD a été préparé. L'efficacité de détection d'un photon unique était supérieure à 55 % à 1 550 nm et la probabilité post-impulsion de 7 % a été atteinte. Sur cette base, l'Université des sciences et technologies de Chine a mis en place un système LiDAR utilisant une fibre multimode couplée simultanément à un photodétecteur monophotonique InGaAs APD en mode libre. L'équipement expérimental est représenté sur les figures (c) et (d), et la détection de nuages multicouches d'une hauteur de 12 km est réalisée avec une résolution temporelle de 1 s et une résolution spatiale de 15 m.
Heure de publication : 07 mai 2024