Photon đơnBộ tách sóng quang InGaAs
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ 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 bộ 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 bộ dò có khả năng phát hiện photon đơn là công cụ cuối cùng của việc phát hiện ánh sáng yếu. So với InGaAsbộ tách sóng quang APDCác bộ детеctor 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 детеctor photon đơn APD InGaAs đã được thực hiện trong và ngoài nước.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Milan ở Ý là những người đầu tiên phát triển mô hình hai chiều để mô phỏng hành vi nhất thời của một photon đơn lẻ.máy dò quang điện thác lũNăm 1997, họ đã đưa ra kết quả mô phỏng số về đặc tính chuyển tiếp của bộ tách sóng quang thác photon đơn. Sau đó, vào năm 2006, các nhà nghiên cứu đã sử dụng MOCVD để chế tạo một cấu trúc hình học phẳng.Bộ tách sóng quang APD InGaAsBộ dò photon đơn, đã tăng hiệu suất phát hiện photon đơn lên 10% bằng cách giảm lớp phản xạ và tăng cường điện trường tại giao diện không đồng nhất. Năm 2014, bằng cách cải thiện hơn nữa điều kiện khuếch tán kẽm và tối ưu hóa cấu trúc thẳng đứng, bộ dò photon đơn đã đạt hiệu suất phát hiện cao hơn, lên đến 30%, và đạt độ nhiễu thời gian khoảng 87 ps. Năm 2016, SANZARO M và cộng sự đã tích hợp bộ dò photon đơn InGaAs APD với điện trở tích hợp nguyên khối, thiết kế một mô-đun đếm photon đơn nhỏ gọn dựa trên bộ dò và đề xuất một phương pháp dập tắt lai giúp giảm đáng kể điện tích thác, từ đó giảm nhiễu sau xung và nhiễu xuyên âm quang học, và giảm độ nhiễu thời gian xuống 70 ps. Đồng thời, các nhóm nghiên cứu khác cũng đã tiến hành nghiên cứu về InGaAs APD.bộ tách sóng quangBộ dò photon đơn. Ví dụ, Princeton Lightwave đã thiết kế bộ 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 bộ dò quang APD bằng cách loại bỏ lớp kẽm và chế độ xung cổng cân bằng điện dung với số lượng đếm tối là 3,6 × 10⁻⁴/xung ns ở tần số xung 1,5 MHz. Joseph P và cộng sự đã thiết kế bộ dò photon đơn APD InGaAs cấu trúc mesa với dải băng rộng hơn và sử dụng InGaAsP làm vật liệu lớp hấp thụ để đạt được số lượng đếm tối thấp hơn mà không ảnh hưởng đến hiệu suất phát hiện.
Chế độ hoạt động của bộ dò photon đơn InGaAs APD là chế độ hoạt động tự do, nghĩa là bộ dò photon APD cần phải tắt mạch ngoại vi sau khi xảy ra hiện tượng thác lũ, và phục hồi sau khi tắt trong một khoảng thời gian. Để giảm thiểu ảnh hưởng của thời gian trễ tắt, người ta chia thành hai loại: Loại thứ nhất là sử dụng mạch tắt thụ động hoặc chủ động để thực hiện việc tắt, chẳng hạn như mạch 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 tắt chủ động cùng kết nối của nó với bộ dò photon APD, được phát triển để hoạt động ở chế độ có cổng hoặc hoạt động tự do, giảm đáng kể vấn đề xung sau chưa được giải quyết trước đây. Hơn nữa, hiệu suất phát hiện ở bước sóng 1550 nm là 10%, và xác suất xảy ra xung sau giảm xuống dưới 1%. Loại thứ hai là thực hiện việc tắt và phục hồi nhanh bằng cách điều khiển mức điện áp phân cực. Vì không phụ thuộc vào điều khiển phản hồi của xung thác, thời gian trễ của quá trình dập tắt được giảm đáng kể và hiệu suất phát hiện của bộ детектор được cải thiện. Ví dụ, LC Comandar và cộng sự sử dụng chế độ cổng. Một bộ детектор photon đơn cổng dựa trên InGaAs/InPAPD đã được chế tạo. Hiệu suất phát hiện photon đơn đạt trên 55% ở bước sóng 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 chế độ được ghép nối đồng thời với bộ детектор photon đơn 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 ở 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 bài: 07/05/2024