単一光子InGaAs光検出器

単一光子InGaAs光検出器

LiDAR の急速な発展により、光検出自動車両追跡画像技術に使用される技術や測距技術にも高い要件があり、従来の微光検出技術で使用される検出器の感度と時間分解能は実際のニーズを満たすことができません。単一光子は光の最小エネルギー単位であり、単一光子検出機能を備えた検出器は微弱光検出の最終ツールです。 InGaAsとの比較APD光検出器、InGaAs APD 光検出器に基づく単一光子検出器は、より高い応答速度、感度、効率を備えています。したがって、IN-GAAS APD光検出器の単一光子検出器に関する一連の研究が国内外で実施されています。

イタリアのミラノ大学の研究者は、単一光子の過渡的挙動をシミュレートするための 2 次元モデルを初めて開発しました。アバランシェ光検出器は 1997 年に発表し、単一光子アバランシェ光検出器の過渡特性の数値シミュレーション結果を示しました。その後 2006 年に、研究者らは MOCVD を使用して平面幾何学的構造を準備しました。InGaAs APD光検出器単一光子検出器。反射層を減らし、不均一界面の電場を強化することで、単一光子検出効率を 10% に高めました。 2014 年には、亜鉛の拡散条件をさらに改善し、垂直構造を最適化することで、単一光子検出器の検出効率が最大 30% 向上し、約 87 ps のタイミング ジッターを達成しました。 2016 年、SANZARO M ら。 InGaAs APD光検出器の単一光子検出器をモノリシック集積抵抗器と統合し、検出器に基づいてコンパクトな単一光子計数モジュールを設計し、アバランシェ電荷を大幅に低減してポストパルスと光クロストークを低減するハイブリッドクエンチ法を提案しました。タイミング ジッターを 70 ps に削減します。同時に、他の研究グループも InGaAs APD の研究を行っています。光検出器単一光子検出器。たとえば、プリンストン ライトウェーブは、平面構造の InGaAs/InPAPD 単一光子検出器を設計し、商業利用しています。上海工業物理研究所は、亜鉛堆積物の除去と、パルス周波数 1.5 MHz で暗カウント 3.6 × 10 -4/ns パルスの容量性平衡ゲート パルス モードを使用して、APD 光検出器の単一光子性能をテストしました。ジョセフ P et al.は、より広いバンドギャップを備えたメサ構造の InGaAs APD 光検出器単一光子検出器を設計し、検出効率に影響を与えることなくより低いダークカウントを得るために吸収層材料として InGaAsP を使用しました。

InGaAs APD 光検出器単一光子検出器の動作モードは自由動作モードです。つまり、APD 光検出器はアバランシェが発生した後に周辺回路をクエンチし、一定期間クエンチした後に回復する必要があります。クエンチング遅延時間の影響を軽減するには、大きく 2 つのタイプに分けられます。1 つは、R Thew などで使用されているアクティブ クエンチング回路など、パッシブまたはアクティブ クエンチング回路を使用してクエンチングを実現する方法です。図 (a) , (b) は、電子制御およびアクティブ クエンチング回路と、その APD 光検出器との接続の簡略図です。この回路は、ゲート モードまたはフリー ランニング モードで動作するように開発されており、これまで実現できなかったポストパルスの問題を大幅に軽減します。さらに、1550 nm での検出効率は 10% であり、ポストパルスの確率は 1% 未満に減少します。 2つ目は、バイアス電圧のレベルを制御することで高速クエンチとリカバリを実現することです。アバランシェパルスのフィードバック制御に依存しないため、クエンチングの遅延時間が大幅に短縮され、検出器の検出効率が向上します。たとえば、LC Comandar らはゲート モードを使用しています。 InGaAs/InPAPD に基づくゲート単一光子検出器を準備しました。単一光子の検出効率は 1550 nm で 55% 以上であり、ポストパルス確率は 7% に達しました。これに基づいて、中国科学技術大学は、フリーモード InGaAs APD 光検出器の単一光子検出器と同時に結合されたマルチモード ファイバーを使用する LiDAR システムを確立しました。実験装置を図(c)、(d)に示し、時間分解能1s、空間分解能15mで高さ12kmの多層雲の検出を実現した。