ໂຟຕອນດຽວເຄື່ອງກວດຈັບພາບ InGaAs
ດ້ວຍການພັດທະນາຢ່າງໄວວາຂອງ LiDAR, ໄດ້ການກວດສອບແສງສະຫວ່າງເຕັກໂນໂລຊີແລະ ranging ເຕັກໂນໂລຊີການນໍາໃຊ້ສໍາລັບການອັດຕະໂນມັດຍານພາຫະນະຕິດຕາມເຕັກໂນໂລຊີຍັງມີຄວາມຕ້ອງການທີ່ສູງຂຶ້ນ, ຄວາມອ່ອນໄຫວແລະການແກ້ໄຂທີ່ໃຊ້ເວລາຂອງເຄື່ອງກວດຈັບທີ່ໃຊ້ໃນເຕັກໂນໂລຊີການກວດສອບແສງສະຫວ່າງຕ່ໍາພື້ນເມືອງບໍ່ສາມາດຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຕົວຈິງ. ໂຟຕອນດຽວແມ່ນຫນ່ວຍພະລັງງານທີ່ນ້ອຍທີ່ສຸດຂອງແສງສະຫວ່າງ, ແລະເຄື່ອງກວດຈັບທີ່ມີຄວາມສາມາດໃນການກວດພົບໂຟຕອນດຽວແມ່ນເຄື່ອງມືສຸດທ້າຍຂອງການກວດສອບແສງສະຫວ່າງຕ່ໍາ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບ InGaAsເຄື່ອງກວດຈັບພາບ APD, ເຄື່ອງກວດຈັບໂຟຕອນດຽວໂດຍອີງໃສ່ InGaAs APD photodetector ມີຄວາມໄວຕອບສະຫນອງທີ່ສູງຂຶ້ນ, ຄວາມອ່ອນໄຫວແລະປະສິດທິພາບ. ດັ່ງນັ້ນ, ຊຸດຂອງການຄົ້ນຄວ້າກ່ຽວກັບ IN-GAAS APD photodetector ເຄື່ອງກວດຈັບ photon ດຽວໄດ້ຖືກປະຕິບັດຢູ່ພາຍໃນແລະຕ່າງປະເທດ.
ນັກຄົ້ນຄວ້າຈາກມະຫາວິທະຍາໄລ Milan ໃນອີຕາລີໄດ້ພັດທະນາຕົວແບບສອງມິຕິເພື່ອຈໍາລອງພຶດຕິກໍາຊົ່ວຄາວຂອງໂຟຕອນດຽວ.ເຄື່ອງກວດຈັບພາບຫິມະ avalancheໃນປີ 1997, ແລະໄດ້ໃຫ້ຜົນການຈໍາລອງຈໍານວນຫຼາຍຂອງລັກສະນະຊົ່ວຄາວຂອງ photodetector avalanche photon ດຽວ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ໃນປີ 2006, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ນໍາໃຊ້ MOCVD ເພື່ອກະກຽມ geometric planarເຄື່ອງກວດຈັບພາບ InGaAs APDເຄື່ອງກວດຈັບ photon ດຽວ, ເຊິ່ງໄດ້ເພີ່ມປະສິດທິພາບການກວດພົບ photon ດຽວເຖິງ 10% ໂດຍການຫຼຸດຜ່ອນຊັ້ນສະທ້ອນແສງແລະເສີມຂະຫຍາຍພາກສະຫນາມໄຟຟ້າໃນການໂຕ້ຕອບ heterogeneous. ໃນປີ 2014, ໂດຍການປັບປຸງເງື່ອນໄຂການແຜ່ກະຈາຍຂອງສັງກະສີຕື່ມອີກແລະການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງໂຄງສ້າງແນວຕັ້ງ, ເຄື່ອງກວດຈັບໂຟຕອນດຽວມີປະສິດທິພາບການຊອກຄົ້ນຫາທີ່ສູງຂຶ້ນ, ສູງເຖິງ 30%, ແລະບັນລຸການສັ່ນສະເທືອນເວລາປະມານ 87 ps. ໃນປີ 2016, SANZARO M et al. ປະສົມປະສານ InGaAs APD photodetector ເຄື່ອງກວດຈັບໂຟຕອນດຽວກັບຕົວຕ້ານທານແບບປະສົມປະສານ monolithic, ອອກແບບໂມດູນການນັບ photon ດຽວທີ່ຫນາແຫນ້ນໂດຍອີງໃສ່ເຄື່ອງກວດຈັບ, ແລະສະເຫນີວິທີການ quench hybrid ທີ່ຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຂອງຄ່າ avalanche, ດັ່ງນັ້ນການຫຼຸດຜ່ອນ post-pulse ແລະ optical crosstalk, ແລະ. ຫຼຸດການສັ່ນສະເທືອນເວລາລົງເປັນ 70 ps. ໃນເວລາດຽວກັນ, ກຸ່ມຄົ້ນຄ້ວາອື່ນໆຍັງໄດ້ດໍາເນີນການຄົ້ນຄ້ວາກ່ຽວກັບ InGaAs APDເຄື່ອງກວດຈັບພາບເຄື່ອງກວດຈັບໂຟຕອນດຽວ. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, Princeton Lightwave ໄດ້ອອກແບບ InGaAs / InPAPD ເຄື່ອງກວດຈັບ photon ດຽວທີ່ມີໂຄງສ້າງແບບແຜນແລະເຮັດໃຫ້ມັນເຂົ້າໄປໃນການນໍາໃຊ້ທາງການຄ້າ. ສະຖາບັນຟີຊິກສາດຂອງຊຽງໄຮໄດ້ທົດສອບການປະຕິບັດການຖ່າຍຮູບດຽວຂອງ APD photodetector ໂດຍໃຊ້ການກໍາຈັດເງິນຝາກສັງກະສີແລະໂຫມດກໍາມະຈອນປະຕູ capacitive ທີ່ມີຄວາມສົມດູນດ້ວຍຈໍານວນກໍາມະຈອນທີ່ຊ້ໍາ 3.6 × 10 ⁻⁴ / ns ຢູ່ທີ່ຄວາມຖີ່ຂອງກໍາມະຈອນຂອງ 1.5 MHz. Joseph P et al. ອອກແບບໂຄງສ້າງ mesa InGaAs APD photodetector ເຄື່ອງກວດຈັບ photon ດຽວທີ່ມີ bandgap ທີ່ກວ້າງກວ່າ, ແລະໃຊ້ InGaAsP ເປັນວັດສະດຸຊັ້ນດູດຊຶມເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຄວາມມືດຕ່ໍາໂດຍບໍ່ມີຜົນກະທົບຕໍ່ປະສິດທິພາບການຊອກຄົ້ນຫາ.
ຮູບແບບການເຮັດວຽກຂອງເຄື່ອງກວດຈັບໂຟຕອນດຽວຂອງ InGaAs APD photodetector ແມ່ນຮູບແບບການໃຊ້ງານຟຣີ, ນັ້ນແມ່ນ, ເຄື່ອງກວດຈັບຮູບຖ່າຍ APD ຕ້ອງການປິດວົງຈອນຕໍ່ເນື່ອງຫຼັງຈາກຫິມະຕົກ, ແລະຟື້ນຕົວຫຼັງຈາກ quenching ສໍາລັບໄລຍະເວລາ. ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຜົນກະທົບຂອງການຊັກຊ້າ quenching, ມັນແບ່ງອອກປະມານປະມານສອງປະເພດ: ຫນຶ່ງແມ່ນການນໍາໃຊ້ວົງຈອນ quenching passive ຫຼືການເຄື່ອນໄຫວເພື່ອບັນລຸ quenching, ເຊັ່ນ: ວົງຈອນ quenching ການເຄື່ອນໄຫວທີ່ໃຊ້ໂດຍ R Thew, ແລະອື່ນໆ ຮູບ (ກ) , (b) ເປັນແຜນວາດທີ່ງ່າຍດາຍຂອງການຄວບຄຸມເອເລັກໂຕຣນິກແລະວົງຈອນ quenching ການເຄື່ອນໄຫວແລະການເຊື່ອມຕໍ່ຂອງຕົນກັບ APD photodetector, ເຊິ່ງໄດ້ຖືກພັດທະນາເພື່ອເຮັດວຽກໃນຮູບແບບການເປີດປະຕູຮົ້ວຫຼືບໍ່ເສຍຄ່າ, ຫຼຸດຜ່ອນບັນຫາຫຼັງກຳມະຈອນທີ່ບໍ່ໄດ້ຮັບຮູ້ໃນເມື່ອກ່ອນ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ປະສິດທິພາບການຊອກຄົ້ນຫາຢູ່ທີ່ 1550 nm ແມ່ນ 10%, ແລະຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງ post-pulse ແມ່ນຫຼຸດລົງຫນ້ອຍກວ່າ 1%. ອັນທີສອງແມ່ນເພື່ອຮັບຮູ້ quenching ໄວແລະການຟື້ນຟູໂດຍການຄວບຄຸມລະດັບຂອງແຮງດັນ bias. ເນື່ອງຈາກມັນບໍ່ຂຶ້ນກັບການຄວບຄຸມຄໍາຄຶດຄໍາເຫັນຂອງ avalanche pulse, ເວລາຊັກຊ້າຂອງ quenching ຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍແລະປະສິດທິພາບການຊອກຄົ້ນຫາຂອງເຄື່ອງກວດຈັບໄດ້ຖືກປັບປຸງ. ຕົວຢ່າງ, LC Comandar et al ໃຊ້ໂຫມດປະຕູຮົ້ວ. ເຄື່ອງກວດຈັບໂຟຕອນດຽວທີ່ມີປະຕູຮົ້ວໂດຍອີງໃສ່ InGaAs/InPAPD ໄດ້ຖືກກະກຽມ. ປະສິດທິພາບການກວດຫາໂຟຕອນດຽວແມ່ນສູງກວ່າ 55% ຢູ່ 1550 nm, ແລະຄວາມເປັນໄປໄດ້ຫຼັງກຳມະຈອນແມ່ນບັນລຸໄດ້ 7%. ບົນພື້ນຖານນີ້, ມະຫາວິທະຍາໄລວິທະຍາສາດແລະເຕັກໂນໂລຢີຂອງຈີນໄດ້ສ້າງຕັ້ງລະບົບ liDAR ໂດຍໃຊ້ເສັ້ນໄຍຫຼາຍໂຫມດພ້ອມໆກັນກັບເຄື່ອງກວດຈັບຮູບຖ່າຍແບບເສລີ InGaAs APD photodetector single-photon. ອຸປະກອນທົດລອງແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ (c) ແລະ (d), ແລະການກວດພົບຂອງເມຄຫຼາຍຊັ້ນທີ່ມີຄວາມສູງ 12 ກິໂລແມັດແມ່ນບັນລຸໄດ້ດ້ວຍຄວາມລະອຽດເວລາ 1 ວິນາທີແລະຄວາມລະອຽດທາງກວ້າງຂອງ 15 m.
ເວລາປະກາດ: 07-07-2024