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用いられる技術と測距技術にも高い要求があり、従来の微光検出技術に用いら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、単一光子検出能力を備えた検出器は微光検出の最終的なツールです。InGaAsと比較してAPD光検出器InGaAs APD光検出器をベースとした単一光子検出器は、応答速度、感度、効率に優れているため、国内外でInGaAs APD光検出器を用いた単一光子検出器に関する一連の研究が行われています。

イタリアのミラノ大学の研究者らは、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た。アバランシェ光検出器1997年に、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発表しました。その後、2006年に研究者らはMOCVD法を用いて平面幾何学的形状を作製しました。InGaAs APD光検出器単一光子検出器は、反射層を減らし、異種界面での電界を強化することで、単一光子検出効率を10％に向上させました。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は最大30％まで高まり、約87psのタイミングジッタを実現しました。2016年には、SANZARO MらがInGaAs APD光検出器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削減するハイブリッドクエンチ法を提案しました。これにより、パルス後クロストークと光クロストークが減少し、タイミングジッタが70psに減少しました。同時に、他の研究グループもInGaAs APDの研究を行ってきました。光検出器単一光子検出器。例えば、プリンストン・ライトウェーブ社は、平面構造のInGaAs/InPAPD単一光子検出器を設計し、商用化しました。上海物理工科大学は、亜鉛堆積物を除去し、容量性バランスゲートパルスモードを用いて、パルス周波数1.5MHzで暗カウント3.6×10⁻⁴/nsのパルスでAPD光検出器の単一光子性能をテストしました。Joseph Pらは、より広いバンドギャップを持つメサ構造InGaAs APD光検出器単一光子検出器を設計し、吸収層材料としてInGaAsPを使用することで、検出効率に影響を与えずに暗カウントを低減しました。

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発生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。クエンチ遅延時間の影響を減らすために、大きく分けて2種類あります。1つは、R Thewなどで使用されているアクティブクエンチ回路など、パッシブまたはアクティブクエンチ回路を使用してクエンチを実現することです。図（a）、（b）は、電子制御およびアクティブクエンチ回路とAPD光検出器との接続の簡略図であり、ゲート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により、高速クエンチと回復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、消光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。単一光子検出効率は1550 nmで55％を超え、パルス後確率7％が達成されました。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したLiDARシステムを確立しました。実験装置を図（c）と（d）に示し、1秒の時間分解能と15メートルの空間分解能で、高さ12 kmの多層雲の検出を実現しています。