Photon đơnBộ tách sóng quang InGaAs
Với sự phát triển nhanh chóng của LiDAR,phát hiện ánh sángCông nghệ và công nghệ đo khoảng cách được sử dụng cho công nghệ hình ảnh theo dõi xe tự động cũng có yêu cầu cao hơn, độ nhạy và độ phân giải thời gian của cảm biến sử dụng trong công nghệ phát hiện ánh sáng yếu truyền thống không thể đáp ứng nhu cầu thực tế. Photon đơn là đơn vị năng lượng nhỏ nhất của ánh sáng, và cảm biến có khả năng phát hiện photon đơn là công cụ cuối cùng để phát hiện ánh sáng yếu. So với InGaAsBộ tách sóng quang APDCác máy dò photon đơn dựa trên bộ tách sóng quang APD InGaAs có tốc độ phản hồi, độ nhạy và hiệu suất cao hơn. Do đó, một loạt các nghiên cứu về bộ tách sóng quang APD IN-GAAS đã được thực hiện trong và ngoài nước.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Milan ở Ý lần đầu tiên phát triển một mô hình hai chiều để mô phỏng hành vi thoáng qua của một photon đơn lẻmáy dò quang tuyết lởvào năm 1997, và đưa ra kết quả mô phỏng số về các đặc tính thoáng qua của một bộ tách sóng quang tuyết lở photon đơn. Sau đó, vào năm 2006, các nhà nghiên cứu đã sử dụng MOCVD để chuẩn bị một mô hình hình học phẳng.Bộ tách sóng quang APD InGaAsBộ dò photon đơn, giúp tăng hiệu suất phát hiện photon đơn lên 10% bằng cách giảm lớp phản xạ và tăng cường trường điện tại giao diện không đồng nhất. Năm 2014, bằng cách cải thiện hơn nữa các điều kiện khuếch tán kẽm và tối ưu hóa cấu trúc thẳng đứng, bộ dò photon đơn có hiệu suất phát hiện cao hơn, lên đến 30% và đạt được độ dao động thời gian khoảng 87 ps. Năm 2016, SANZARO M và cộng sự đã tích hợp bộ dò photon đơn của bộ dò quang InGaAs APD với một điện trở tích hợp nguyên khối, thiết kế một mô-đun đếm photon đơn nhỏ gọn dựa trên bộ dò và đề xuất phương pháp dập tắt lai giúp giảm đáng kể điện tích tuyết lở, do đó giảm nhiễu xuyên âm quang học và xung sau, đồng thời giảm độ dao động thời gian xuống 70 ps. Đồng thời, các nhóm nghiên cứu khác cũng đã tiến hành nghiên cứu về InGaAs APDmáy dò quangMáy dò photon đơn. Ví dụ, Princeton Lightwave đã thiết kế máy dò photon đơn InGaAs/InPAPD với cấu trúc phẳng và đưa vào sử dụng thương mại. Viện Vật lý Kỹ thuật Thượng Hải đã thử nghiệm hiệu suất photon đơn của máy dò quang APD bằng cách loại bỏ cặn kẽm và chế độ xung cổng cân bằng điện dung với độ đếm tối là 3,6 × 10⁻⁴/ns xung ở tần số xung 1,5 MHz. Joseph P và cộng sự đã thiết kế máy dò photon đơn InGaAs APD cấu trúc mesa với khoảng cách dải rộng hơn và sử dụng InGaAsP làm vật liệu lớp hấp thụ để đạt được độ đếm tối thấp hơn mà không ảnh hưởng đến hiệu suất phát hiện.
Chế độ hoạt động của bộ tách sóng quang đơn InGaAs APD là chế độ hoạt động tự do, nghĩa là bộ tách sóng quang APD cần dập tắt mạch ngoại vi sau khi xảy ra hiện tượng tuyết lở và phục hồi sau khi dập tắt trong một khoảng thời gian. Để giảm tác động của thời gian trễ dập tắt, người ta chia thành hai loại: Một là sử dụng mạch dập tắt thụ động hoặc chủ động để đạt được quá trình dập tắt, chẳng hạn như mạch dập tắt chủ động được sử dụng bởi R Thew, v.v. Hình (a), (b) là sơ đồ đơn giản hóa của mạch điều khiển điện tử và mạch dập tắt chủ động và kết nối của nó với bộ tách sóng quang APD, được phát triển để hoạt động ở chế độ có cổng hoặc chạy tự do, giúp giảm đáng kể vấn đề xung sau chưa được thực hiện trước đây. Hơn nữa, hiệu suất phát hiện ở 1550 nm là 10% và xác suất xung sau giảm xuống dưới 1%. Thứ hai là thực hiện dập tắt và phục hồi nhanh bằng cách kiểm soát mức điện áp phân cực. Vì không phụ thuộc vào điều khiển phản hồi của xung tuyết lở, thời gian trễ của quá trình dập tắt được giảm đáng kể và hiệu suất phát hiện của máy dò được cải thiện. Ví dụ, LC Comandar và cộng sự sử dụng chế độ có cổng. Một máy dò photon đơn có cổng dựa trên InGaAs/InPAPD đã được chuẩn bị. Hiệu suất phát hiện photon đơn đạt trên 55% ở 1550 nm và xác suất sau xung đạt 7%. Trên cơ sở này, Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã thiết lập một hệ thống LiDAR sử dụng sợi quang đa mode kết hợp đồng thời với máy dò photon đơn APD InGaAs chế độ tự do. Thiết bị thử nghiệm được thể hiện trong Hình (c) và (d), và việc phát hiện các đám mây nhiều lớp có chiều cao 12 km được thực hiện với độ phân giải thời gian là 1 giây và độ phân giải không gian là 15 m.
Thời gian đăng: 07-05-2024