Photon đơnBộ dò 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 máy dò được sử dụng trong công nghệ phát hiện ánh sáng yếu truyền thống không thể đáp ứng được 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 là công cụ cuối cùng của phát hiện ánh sáng yếu. So với InGaAsMáy dò quang APD, các máy dò photon đơn dựa trên máy dò quang InGaAs APD có tốc độ phản ứng, độ nhạy và hiệu suất cao hơn. Do đó, một loạt các nghiên cứu về máy dò photon đơn 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 một mô hình hai chiều để mô phỏng hành vi thoáng qua của một photon đơn lẻmáy dò ảnh tuyết lởvào năm 1997, và đưa ra kết quả mô phỏng số về các đặc điểm thoáng qua của một máy dò quang tuyết lở photon đơn. Sau đó vào năm 2006, các nhà nghiên cứu đã sử dụng MOCVD để chuẩn bị một hình học phẳngBộ tách sóng quang APD InGaAsmáy 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, máy dò photon đơn có hiệu suất phát hiện cao hơn, lên đến 30% và đạt được độ trễ thời gian khoảng 87 ps. Năm 2016, SANZARO M và cộng sự đã tích hợp máy dò photon đơn của bộ dò quang InGaAs APD với điện trở tích hợp nguyên khối, thiết kế mô-đun đếm photon đơn nhỏ gọn dựa trên máy 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 trễ thời gian xuống 70 ps. Đồng thời, các nhóm nghiên cứu khác cũng đã tiến hành nghiên cứu về InGaAs APDmáy dò ảnhmáy dò photon đơn. Ví dụ, Princeton Lightwave đã thiết kế máy dò photon đơn InGaAs/InPAPD có 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 các cặn kẽm và chế độ xung cổng cân bằng điện dung với số đếm tối là 3,6 × 10 ⁻⁴/ns xung ở tần số xung là 1,5 MHz. Joseph P và cộng sự đã thiết kế máy dò photon đơn InGaAs APD có cấu trúc mesa với khoảng cách băng rộng hơn và sử dụng InGaAsP làm vật liệu lớp hấp thụ để có được số đếm tối thấp hơn mà không ảnh hưởng đến hiệu quả phát hiện.
Chế độ hoạt động của bộ dò photon đơn InGaAs APD là chế độ hoạt động tự do, tức là bộ dò 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 dò 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 quả 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 quả 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 chế độ đồng thời kết hợp 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