Photodétecteur InGaAs à photon unique

Photon uniquePhotodétecteur InGaAs

Avec le développement rapide du LiDAR, ledétection de lumièreLes technologies de télémétrie et de suivi automatique des véhicules présentent également des exigences plus élevées. La sensibilité et la résolution temporelle des détecteurs utilisés dans les technologies traditionnelles de détection en basse lumière ne répondent pas aux besoins réels. Le photon unique est la plus petite unité d'énergie lumineuse, et un détecteur capable de détecter un photon unique constitue l'outil ultime de détection en basse lumière. Comparé à l'InGaAs,Photodétecteur APDLes détecteurs monophotoniques basés sur le photodétecteur APD InGaAs offrent une vitesse de réponse, une sensibilité et une efficacité supérieures. C'est pourquoi de nombreuses recherches sur les détecteurs monophotoniques IN-GAAS APD ont été menées en Chine 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 seul photonphotodétecteur d'avalancheEn 1997, ils ont fourni des résultats de simulation numérique des caractéristiques transitoires d'un photodétecteur à avalanche de photons uniques. En 2006, les chercheurs ont utilisé la MOCVD pour préparer une géométrie plane.Photodétecteur APD InGaAsDétecteur monophotonique, qui a augmenté l'efficacité de détection à 10 % en réduisant la couche réfléchissante et en améliorant le champ électrique à l'interface hétérogène. En 2014, grâce à l'amélioration des conditions de diffusion du zinc et à l'optimisation de la structure verticale, le détecteur monophotonique a atteint une efficacité de détection supérieure, jusqu'à 30 %, et une gigue temporelle d'environ 87 ps. En 2016, SANZARO M. et al. ont intégré le photodétecteur monophotonique InGaAs APD à une résistance intégrée monolithique, conçu un module compact de comptage de photons unique basé sur ce détecteur et proposé une méthode d'extinction hybride réduisant significativement la charge d'avalanche, diminuant ainsi la diaphonie post-impulsionnelle et optique, et ramenant la gigue temporelle à 70 ps. Parallèlement, d'autres groupes de recherche ont également mené des recherches sur l'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 photons uniques du photodétecteur APD en éliminant les dépôts de zinc et en utilisant le mode d'impulsion à grille équilibrée capacitive avec un nombre d'obscurités de 3,6 × 10⁻⁴/ns à une fréquence d'impulsion de 1,5 MHz. Joseph P et al. ont conçu le détecteur de photons uniques InGaAs APD à structure mesa avec une bande interdite plus large et ont utilisé l'InGaAsP comme matériau de couche absorbante pour obtenir un nombre d'obscurités plus faible sans affecter l'efficacité de détection.

Le mode de fonctionnement du photodétecteur monophotonique APD InGaAs est le mode libre. Le photodétecteur APD doit éteindre le circuit périphérique après une avalanche, puis le rétablir après une certaine période d'extinction. Afin de réduire l'impact du délai d'extinction, il existe deux types de modes : l'un utilise un circuit d'extinction passif ou actif, comme celui utilisé par R Thew, etc. Les figures (a) et (b) présentent un schéma simplifié du circuit de commande électronique et d'extinction active, ainsi que de sa connexion au photodétecteur APD. Ce dernier a été développé pour fonctionner en mode porte ou libre, réduisant ainsi considérablement le problème de post-impulsion, jusqu'alors non résolu. 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 %. Le second mode permet une extinction et une récupération rapides en contrôlant la tension de polarisation. Français Comme il ne dépend pas du contrôle de 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 gated. Un détecteur monophoton gated basé sur InGaAs/InPAPD a été préparé. L'efficacité de détection monophoton était supérieure à 55 % à 1550 nm, et la probabilité post-impulsion de 7 % a été atteinte. Sur cette base, l'Université des sciences et technologies de Chine a établi un système lidar utilisant une fibre multimode couplée simultanément à un détecteur monophoton photodétecteur InGaAs APD en mode libre. L'équipement expérimental est présenté dans 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.