Những tiến bộ gần đây trongmáy dò quang điện thác lũ có độ nhạy cao
Độ nhạy cao ở nhiệt độ phòng 1550 nmbộ dò quang điện thác lũ
Trong dải hồng ngoại gần (SWIR), điốt avalanche tốc độ cao, độ nhạy cao được sử dụng rộng rãi trong truyền thông quang điện tử và các ứng dụng liDAR. Tuy nhiên, điốt quang avalanche (APD) hồng ngoại gần hiện nay, chủ yếu là điốt avalanche đánh thủng indium gallium arsenic (InGaAs APD), luôn bị hạn chế bởi nhiễu ion hóa do va chạm ngẫu nhiên của các vật liệu vùng nhân truyền thống, indium phosphide (InP) và indium aluminum arsenic (InAlAs), dẫn đến sự suy giảm đáng kể độ nhạy của thiết bị. Trong những năm qua, nhiều nhà nghiên cứu đã tích cực tìm kiếm các vật liệu bán dẫn mới tương thích với các quy trình nền tảng quang điện tử InGaAs và InP và có hiệu suất nhiễu ion hóa tác động cực thấp tương tự như vật liệu silicon khối.
Bộ dò quang điện tử thác lũ 1550 nm tiên tiến giúp phát triển hệ thống LiDAR.
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Vương quốc Anh và Hoa Kỳ lần đầu tiên đã phát triển thành công một bộ tách sóng quang APD siêu nhạy 1550 nm mới (máy dò quang điện thác lũ), một bước đột phá hứa hẹn sẽ cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống LiDAR và các ứng dụng quang điện tử khác.
Vật liệu mới mang lại những lợi thế quan trọng
Điểm nổi bật của nghiên cứu này là việc sử dụng vật liệu một cách sáng tạo. Các nhà nghiên cứu đã chọn GaAsSb làm lớp hấp thụ và AlGaAsSb làm lớp nhân. Thiết kế này khác với thiết kế InGaAs/InP truyền thống và mang lại những ưu điểm đáng kể:
1. Lớp hấp thụ GaAsSb: GaAsSb có hệ số hấp thụ tương tự như InGaAs, và quá trình chuyển tiếp từ lớp hấp thụ GaAsSb sang AlGaAsSb (lớp nhân) dễ dàng hơn, giúp giảm hiệu ứng bẫy và cải thiện tốc độ cũng như hiệu suất hấp thụ của thiết bị.
2. Lớp nhân AlGaAsSb: Lớp nhân AlGaAsSb vượt trội hơn so với các lớp nhân InP và InAlAs truyền thống về hiệu năng. Điều này chủ yếu thể hiện ở độ khuếch đại cao ở nhiệt độ phòng, băng thông rộng và nhiễu dư cực thấp.
Với các chỉ số hiệu suất xuất sắc
Cái mớiđầu dò quang APD(Bộ dò quang điện tử thác lũ) cũng mang lại những cải tiến đáng kể về các chỉ số hiệu suất:
1. Độ khuếch đại cực cao: Độ khuếch đại cực cao 278 đã đạt được ở nhiệt độ phòng, và gần đây Tiến sĩ Jin Xiao đã cải tiến việc tối ưu hóa cấu trúc và quy trình, và độ khuếch đại tối đa đã được tăng lên M=1212.
2. Độ nhiễu rất thấp: cho thấy độ nhiễu dư rất thấp (F < 3, độ khuếch đại M = 70; F < 4, độ khuếch đại M = 100).
3. Hiệu suất lượng tử cao: ở mức khuếch đại tối đa, hiệu suất lượng tử đạt tới 5935,3%. Độ ổn định nhiệt cao: độ nhạy đánh thủng ở nhiệt độ thấp khoảng 11,83 mV/K.
Hình 1. Nhiễu dư của APDthiết bị cảm biến quangso sánh với các bộ tách sóng quang APD khác
Triển vọng ứng dụng rộng rãi
Thiết bị APD mới này có ý nghĩa quan trọng đối với các hệ thống liDAR và các ứng dụng photon:
1. Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu được cải thiện: Đặc tính khuếch đại cao và nhiễu thấp giúp cải thiện đáng kể tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng trong môi trường ít photon, chẳng hạn như giám sát khí nhà kính.
2. Khả năng tương thích cao: Bộ tách sóng quang APD (bộ tách sóng quang thác lũ) mới được thiết kế để tương thích với các nền tảng quang điện tử indium phosphide (InP) hiện tại, đảm bảo tích hợp liền mạch với các hệ thống truyền thông thương mại hiện có.
3. Hiệu suất vận hành cao: Thiết bị có thể hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ phòng mà không cần các cơ chế làm mát phức tạp, giúp đơn giản hóa việc triển khai trong nhiều ứng dụng thực tế khác nhau.
Việc phát triển bộ tách sóng quang SACM APD (bộ tách sóng quang thác lũ) 1550 nm mới này представляет một bước đột phá lớn trong lĩnh vực này. Nó giải quyết những hạn chế chính liên quan đến nhiễu dư thừa và tích số băng thông khuếch đại trong các thiết kế bộ tách sóng quang APD (bộ tách sóng quang thác lũ) truyền thống. Sự đổi mới này được kỳ vọng sẽ nâng cao khả năng của các hệ thống liDAR, đặc biệt là trong các hệ thống liDAR không người lái, cũng như trong truyền thông không gian tự do.
Thời gian đăng bài: 13/01/2025