photon đơnBộ tách sóng quang InGaAs
Với sự phát triển nhanh chóng của LiDAR,phát hiện ánh sángCông nghệ và công nghệ khác nhau 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 máy dò được 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 máy dò có khả năng phát hiện photon đơn lẻ là công cụ cuối cùng để phát hiện ánh sáng yếu. So với InGaAsBộ tách sóng quang APD, máy dò photon đơn dựa trên bộ tách sóng quang InGaAs APD có tốc độ phản hồi, độ nhạy và hiệu quả cao hơn. Vì vậy, hàng loạt nghiên cứu về máy dò photon đơn lẻ IN-GAAS APD đã được thực hiện trong và ngoài nước.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Milan ở Ý lần đầu tiên phát triển mô hình hai chiều để mô phỏng hành vi nhất thời của một photon đơn lẻmáy dò quang tuyết lởvào năm 1997, và đưa ra kết quả mô phỏng bằng số về các đặc tính nhất thời của bộ tách sóng quang tuyết lở photon đơn lẻ. Sau đó vào năm 2006, các nhà nghiên cứu đã sử dụng MOCVD để chuẩn bị một mô hình hình học phẳngBộ tách sóng quang InGaAs APDmáy dò photon đơn, giúp tăng hiệu suất phát hiện photon đơn lên 10% bằng cách giảm lớp phản xạ và tăng cường điện trường ở giao diện không đồng nhất. Vào năm 2014, bằng cách cải thiện hơn nữa các điều kiện khuếch tán kẽm và tối ưu hóa cấu trúc thẳng đứng, máy dò photon đơn lẻ có hiệu suất phát hiện cao hơn, lên tới 30% và đạt được độ biến động thời gian khoảng 87 ps. Năm 2016, SANZARO M và cộng sự. đã tích hợp máy dò photon đơn của bộ tách sóng quang InGaAs APD với một điện trở tích hợp nguyên khối, thiết kế một mô-đun đếm photon đơn nhỏ gọn dựa trên máy dò và đề xuất một phương pháp dập tắt lai giúp giảm đáng kể điện tích tuyết lở, do đó làm giảm nhiễu xuyên âm và hậu xung, và giảm jitter thời gian xuống 70 ps. Đồng thời, các nhóm nghiên cứu khác cũng đã tiến hành nghiên cứu về InGaAs APDmáy tách sóng quangmáy dò photon đơn lẻ. Ví dụ, Princeton Lightwave đã thiết kế máy dò photon đơn InGaAs/InPAPD với cấu trúc phẳng và đưa nó vào sử dụng thương mại. Viện Vật lý Kỹ thuật Thượng Hải đã thử nghiệm hiệu suất photon đơn của bộ tách sóng quang APD bằng cách loại bỏ cặn kẽm và chế độ xung cổng cân bằng điện dung với số xung tối là 3,6 × 10 ⁻⁴/ns ở tần số xung 1,5 MHz. Joseph P và cộng sự. đã thiết kế máy dò photon đơn bộ tách sóng quang InGaAs APD cấu trúc mesa với dải thông rộng hơn và sử dụng InGaAsP làm vật liệu lớp hấp thụ để thu được số lượng tối thấp hơn mà không ảnh hưởng đến hiệu quả phát hiện.
Chế độ hoạt động của máy dò photon đơn của bộ tách sóng quang 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 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 đại khái chia thành hai loại: Một là sử dụng mạch dập tắt thụ động hoặc chủ động để đạt được khả năng 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 của mạch điều khiển điện tử và mạch dập tắt chủ động cũng như kết nối của nó với bộ tách sóng quang APD, đã được phát triển để hoạt động ở chế độ kiểm soát hoặc chạy tự do, giảm đáng kể vấn đề hậu xung chưa được thực hiện trước đó. Hơn nữa, hiệu suất phát hiện ở bước sóng 1550nm là 10% và xác suất tạo ra xung sau giảm xuống dưới 1%. Thứ hai là thực hiện quá trình làm nguội và phục hồi nhanh bằng cách kiểm soát mức điện áp phân cực. Vì nó không phụ thuộc vào điều khiển phản hồi của xung tuyết lở nên thời gian trễ của quá trình dập tắt 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 kiểm soát. Một máy dò photon đơn có cổng dựa trên InGaAs/InPAPD đã được chuẩn bị. Hiệu suất phát hiện photon đơn là hơn 55% ở 1550nm và đạt được xác suất sau xung là 7%. Trên cơ sở đó, Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc đã thiết lập hệ thống liDAR sử dụng sợi quang đa chế độ kết hợp đồng thời với máy dò photon đơn photon InGaAs APD chế độ tự do. Thiết bị thí nghiệm được thể hiện trong Hình (c) và (d), và việc phát hiện các đám mây nhiều lớp có độ 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: May-07-2024