एकल फोटॉनInGaAs फोटोडिटेक्टर
लिडारच्या वेगवान विकासामुळे,प्रकाश शोधनस्वयंचलित वाहन ट्रॅकिंग इमेजिंग तंत्रज्ञानासाठी वापरल्या जाणाऱ्या तंत्रज्ञान आणि रेंजिंग तंत्रज्ञानासाठी देखील उच्च आवश्यकता असतात, पारंपारिक कमी प्रकाश शोध तंत्रज्ञानामध्ये वापरल्या जाणाऱ्या डिटेक्टरची संवेदनशीलता आणि वेळ रिझोल्यूशन प्रत्यक्ष गरजा पूर्ण करू शकत नाही. एकल फोटॉन हे प्रकाशाचे सर्वात लहान ऊर्जा एकक आहे, आणि एकल फोटॉन शोधण्याची क्षमता असलेला डिटेक्टर हे कमी प्रकाश शोधण्याचे अंतिम साधन आहे. InGaAs च्या तुलनेतAPD फोटोडिटेक्टरInGaAs APD फोटोडिटेक्टरवर आधारित सिंगल-फोटॉन डिटेक्टरमध्ये उच्च प्रतिसाद गती, संवेदनशीलता आणि कार्यक्षमता असते. त्यामुळे, देश-विदेशात InGaAs APD फोटोडिटेक्टर सिंगल-फोटॉन डिटेक्टरवर मोठ्या प्रमाणावर संशोधन केले गेले आहे.
इटलीतील मिलान विद्यापीठातील संशोधकांनी सर्वप्रथम एकल फोटॉनच्या क्षणिक वर्तनाचे अनुकरण करण्यासाठी एक द्विमितीय मॉडेल विकसित केले.हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर१९९७ मध्ये, त्यांनी सिंगल फोटॉन अव्हॅलेंच फोटोडिटेक्टरच्या क्षणिक वैशिष्ट्यांचे संख्यात्मक सिम्युलेशन परिणाम सादर केले. त्यानंतर २००६ मध्ये, संशोधकांनी MOCVD वापरून एक समतल भौमितिक रचना तयार केली.InGaAs APD फोटोडिटेक्टरसिंगल-फोटॉन डिटेक्टर, ज्याने परावर्तक थर कमी करून आणि विषम इंटरफेसवर विद्युत क्षेत्र वाढवून सिंगल-फोटॉन डिटेक्शन कार्यक्षमता १०% पर्यंत वाढवली. २०१४ मध्ये, झिंक डिफ्यूजनच्या परिस्थितीत आणखी सुधारणा करून आणि उभ्या संरचनेला अनुकूल बनवून, सिंगल-फोटॉन डिटेक्टरची डिटेक्शन कार्यक्षमता ३०% पर्यंत वाढवण्यात आली आणि सुमारे ८७ ps चा टाइमिंग जिटर साध्य करण्यात आला. २०१६ मध्ये, सॅनझारो एम आणि इतरांनी InGaAs APD फोटोडिटेक्टर सिंगल-फोटॉन डिटेक्टरला एका मोनोलिथिक इंटिग्रेटेड रेझिस्टरसह एकत्रित केले, डिटेक्टरवर आधारित एक कॉम्पॅक्ट सिंगल-फोटॉन काउंटिंग मॉड्यूल डिझाइन केले आणि एक हायब्रीड क्वेंच पद्धत प्रस्तावित केली, ज्यामुळे अव्हॅलेंच चार्ज लक्षणीयरीत्या कमी झाला, परिणामी पोस्ट-पल्स आणि ऑप्टिकल क्रॉसटॉक कमी झाला आणि टाइमिंग जिटर ७० ps पर्यंत कमी झाला. त्याच वेळी, इतर संशोधन गटांनी देखील InGaAs APD वर संशोधन केले आहे.फोटोडिटेक्टरएकल फोटॉन डिटेक्टर. उदाहरणार्थ, प्रिन्स्टन लाइटवेव्हने समतल संरचनेचा InGaAs/InPAPD एकल फोटॉन डिटेक्टर डिझाइन केला आहे आणि तो व्यावसायिक वापरासाठी आणला आहे. शांघाय इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्निकल फिजिक्सने झिंकचे थर काढून आणि कपॅसिटिव्ह बॅलन्स्ड गेट पल्स मोडचा वापर करून APD फोटोडिटेक्टरच्या एकल-फोटॉन कामगिरीची चाचणी केली, ज्यात 1.5 MHz च्या पल्स फ्रिक्वेन्सीवर 3.6 × 10⁻⁴/ns पल्स इतका डार्क काउंट आढळला. जोसेफ पी आणि इतरांनी अधिक रुंद बँडगॅप असलेला मेसा संरचनेचा InGaAs APD फोटोडिटेक्टर एकल फोटॉन डिटेक्टर डिझाइन केला आणि डिटेक्शन कार्यक्षमतेवर परिणाम न करता कमी डार्क काउंट मिळवण्यासाठी शोषक थराचे साहित्य म्हणून InGaAsP चा वापर केला.
InGaAs APD फोटोडिटेक्टर सिंगल फोटॉन डिटेक्टरची ऑपरेटिंग पद्धत ही फ्री ऑपरेशन मोड आहे, म्हणजेच, अव्हॅलेंच (avalanche) झाल्यानंतर APD फोटोडिटेक्टरला पेरिफेरल सर्किटला शमवावे (quench) लागते आणि शमवल्यानंतर काही काळाने ते पुन्हा पूर्ववत होते. शमवण्याच्या विलंब वेळेचा (quenching delay time) प्रभाव कमी करण्यासाठी, याचे साधारणपणे दोन प्रकार आहेत: एक म्हणजे शमवण्यासाठी पॅसिव्ह (passive) किंवा ॲक्टिव्ह (active) शमवणारे सर्किट वापरणे, जसे की आर. थेव (R. Thew) इत्यादींनी वापरलेले ॲक्टिव्ह शमवणारे सर्किट. आकृती (a), (b) ही इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण आणि ॲक्टिव्ह शमवणारे सर्किट आणि APD फोटोडिटेक्टरसोबतची त्याची जोडणी दर्शवणारी एक सरलीकृत आकृती आहे, जी गेटेड (gated) किंवा फ्री रनिंग मोडमध्ये काम करण्यासाठी विकसित केली गेली आहे, ज्यामुळे पूर्वी लक्षात न आलेली पोस्ट-पल्स (post-pulse) समस्या लक्षणीयरीत्या कमी होते. शिवाय, १५५० nm वर डिटेक्शन कार्यक्षमता १०% आहे आणि पोस्ट-पल्सची शक्यता १% पेक्षा कमी झाली आहे. दुसरा प्रकार म्हणजे बायस व्होल्टेजची पातळी नियंत्रित करून जलद शमवणे आणि पूर्ववत होणे साध्य करणे. हे अव्हॅलेंच पल्सच्या फीडबॅक नियंत्रणावर अवलंबून नसल्यामुळे, शमनाचा विलंब वेळ लक्षणीयरीत्या कमी होतो आणि डिटेक्टरची शोध कार्यक्षमता सुधारते. उदाहरणार्थ, एलसी कमांडार आणि इतरांनी गेटेड मोडचा वापर केला. InGaAs/InPAPD वर आधारित एक गेटेड सिंगल-फोटॉन डिटेक्टर तयार करण्यात आला. १५५० nm वर सिंगल-फोटॉन शोध कार्यक्षमता ५५% पेक्षा जास्त होती आणि ७% ची पोस्ट-पल्स संभाव्यता साध्य झाली. या आधारावर, चीनच्या विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विद्यापीठाने मल्टी-मोड फायबरला फ्री-मोड InGaAs APD फोटोडिटेक्टर सिंगल-फोटॉन डिटेक्टरसोबत एकाच वेळी जोडून एक liDAR प्रणाली स्थापित केली. प्रायोगिक उपकरणे आकृती (c) आणि (d) मध्ये दर्शविली आहेत, आणि १ सेकंदाच्या वेळेच्या रिझोल्यूशनसह आणि १५ मीटरच्या अवकाशीय रिझोल्यूशनसह १२ किमी उंचीच्या बहुस्तरीय ढगांचा शोध घेण्यात आला आहे.
पोस्ट करण्याची वेळ: मे-०७-२०२४