സിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ InGaAs ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ

ഒറ്റ ഫോട്ടോൺInGaAs ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ

LiDAR ന്റെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വികസനത്തോടെ,പ്രകാശ കണ്ടെത്തൽഓട്ടോമാറ്റിക് വെഹിക്കിൾ ട്രാക്കിംഗ് ഇമേജിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് ഉപയോഗിക്കുന്ന സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്കും റേഞ്ചിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്കും ഉയർന്ന ആവശ്യകതകളുണ്ട്, പരമ്പരാഗത ലോ ലൈറ്റ് ഡിറ്റക്ഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഡിറ്റക്ടറിന്റെ സംവേദനക്ഷമതയും സമയ റെസല്യൂഷനും യഥാർത്ഥ ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റാൻ കഴിയില്ല. സിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ പ്രകാശത്തിന്റെ ഏറ്റവും ചെറിയ ഊർജ്ജ യൂണിറ്റാണ്, സിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ഷൻ കഴിവുള്ള ഡിറ്റക്ടർ കുറഞ്ഞ പ്രകാശ ഡിറ്റക്ഷന്റെ അവസാന ഉപകരണമാണ്. InGaAs-മായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾAPD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ, InGaAs APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടറുകൾക്ക് ഉയർന്ന പ്രതികരണ വേഗത, സംവേദനക്ഷമത, കാര്യക്ഷമത എന്നിവയുണ്ട്. അതിനാൽ, IN-GAAS APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ സിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടറുകളെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണങ്ങളുടെ ഒരു പരമ്പര സ്വദേശത്തും വിദേശത്തും നടത്തിയിട്ടുണ്ട്.

ഇറ്റലിയിലെ മിലാൻ സർവകലാശാലയിലെ ഗവേഷകർ ആദ്യമായി ഒരു ഫോട്ടോണിന്റെ ക്ഷണികമായ സ്വഭാവം അനുകരിക്കുന്നതിനായി ഒരു ദ്വിമാന മാതൃക വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു.ഹിമപാത ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ1997-ൽ, ഒരൊറ്റ ഫോട്ടോൺ അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ ക്ഷണിക സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ സംഖ്യാ സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങൾ നൽകി. തുടർന്ന് 2006-ൽ, ഗവേഷകർ MOCVD ഉപയോഗിച്ച് ഒരു പ്ലാനർ ജ്യാമിതീയInGaAs APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർസിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടർ, പ്രതിഫലന പാളി കുറയ്ക്കുകയും വൈവിധ്യമാർന്ന ഇന്റർഫേസിലെ വൈദ്യുത മണ്ഡലം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്തുകൊണ്ട് സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ കണ്ടെത്തൽ കാര്യക്ഷമത 10% ആയി വർദ്ധിപ്പിച്ചു. 2014-ൽ, സിങ്ക് ഡിഫ്യൂഷൻ അവസ്ഥകൾ കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ലംബ ഘടന ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുകയും ചെയ്തുകൊണ്ട്, സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടറിന് 30% വരെ ഉയർന്ന ഡിറ്റക്ഷൻ കാര്യക്ഷമതയുണ്ട്, കൂടാതെ ഏകദേശം 87 പി‌എസ് ടൈമിംഗ് ജിറ്റർ കൈവരിക്കുന്നു. 2016-ൽ, സാൻസാരോ എം തുടങ്ങിയവർ ഇൻ‌ഗാഎ‌എസ് എ‌പി‌ഡി ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടറിനെ ഒരു മോണോലിത്തിക്ക് ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് റെസിസ്റ്ററുമായി സംയോജിപ്പിച്ചു, ഡിറ്റക്ടറിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ഒരു കോം‌പാക്റ്റ് സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ കൗണ്ടിംഗ് മൊഡ്യൂൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തു, അവലാഞ്ച് ചാർജ് ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുന്ന ഒരു ഹൈബ്രിഡ് ക്വഞ്ച് രീതി നിർദ്ദേശിച്ചു, അതുവഴി പോസ്റ്റ്-പൾസും ഒപ്റ്റിക്കൽ ക്രോസ്‌സ്റ്റോക്കും കുറയ്ക്കുകയും ടൈമിംഗ് ജിറ്റർ 70 പി‌എസായി കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്തു. അതേസമയം, മറ്റ് ഗവേഷണ ഗ്രൂപ്പുകളും ഇൻ‌ഗാഎ‌എസ് എ‌പി‌ഡിയെക്കുറിച്ച് ഗവേഷണം നടത്തിയിട്ടുണ്ട്.ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർസിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടർ. ഉദാഹരണത്തിന്, പ്രിൻസ്റ്റൺ ലൈറ്റ്‌വേവ് പ്ലാനർ ഘടനയുള്ള InGaAs/InPAPD സിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത് വാണിജ്യ ഉപയോഗത്തിൽ കൊണ്ടുവന്നു. ഷാങ്ഹായ് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്നിക്കൽ ഫിസിക്സ് 1.5 MHz പൾസ് ഫ്രീക്വൻസിയിൽ 3.6 × 10 ⁻⁴/ns പൾസ് എന്ന ഡാർക്ക് കൗണ്ട് ഉപയോഗിച്ച് സിങ്ക് നിക്ഷേപങ്ങൾ നീക്കം ചെയ്തും കപ്പാസിറ്റീവ് ബാലൻസ്ഡ് ഗേറ്റ് പൾസ് മോഡ് ഉപയോഗിച്ചും APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറിന്റെ സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ പ്രകടനം പരീക്ഷിച്ചു. ജോസഫ് പി തുടങ്ങിയവർ വിശാലമായ ബാൻഡ്‌ഗാപ്പുള്ള മെസ സ്ട്രക്ചർ InGaAs APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ സിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തു, കൂടാതെ കണ്ടെത്തൽ കാര്യക്ഷമതയെ ബാധിക്കാതെ കുറഞ്ഞ ഡാർക്ക് കൗണ്ട് ലഭിക്കുന്നതിന് ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന പാളി മെറ്റീരിയലായി InGaAsP ഉപയോഗിച്ചു.

InGaAs APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ സിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടറിന്റെ പ്രവർത്തന രീതി സ്വതന്ത്ര പ്രവർത്തന രീതിയാണ്, അതായത്, ഒരു ഹിമപാതം സംഭവിച്ചതിന് ശേഷം APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ പെരിഫറൽ സർക്യൂട്ട് കെടുത്തുകയും ഒരു നിശ്ചിത സമയത്തേക്ക് കെടുത്തിയ ശേഷം വീണ്ടെടുക്കുകയും വേണം. കെടുത്തൽ കാലതാമസ സമയത്തിന്റെ ആഘാതം കുറയ്ക്കുന്നതിന്, അതിനെ ഏകദേശം രണ്ട് തരങ്ങളായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു: ഒന്ന്, R Thew ഉപയോഗിക്കുന്ന ആക്റ്റീവ് കെടുത്തൽ സർക്യൂട്ട് പോലുള്ള, കെടുത്തൽ നേടുന്നതിന് നിഷ്ക്രിയ അല്ലെങ്കിൽ സജീവ കെടുത്തൽ സർക്യൂട്ട് ഉപയോഗിക്കുക എന്നതാണ്. ചിത്രം (a), (b) ഇലക്ട്രോണിക് നിയന്ത്രണത്തിന്റെയും ആക്റ്റീവ് കെടുത്തൽ സർക്യൂട്ടിന്റെയും APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടറുമായുള്ള അതിന്റെ കണക്ഷന്റെയും ലളിതമായ ഒരു ഡയഗ്രമാണ്, ഇത് ഗേറ്റഡ് അല്ലെങ്കിൽ ഫ്രീ റണ്ണിംഗ് മോഡിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്, ഇത് മുമ്പ് യാഥാർത്ഥ്യമാക്കാത്ത പോസ്റ്റ്-പൾസ് പ്രശ്നം ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുന്നു. മാത്രമല്ല, 1550 nm-ൽ കണ്ടെത്തൽ കാര്യക്ഷമത 10% ആണ്, കൂടാതെ പോസ്റ്റ്-പൾസിന്റെ സാധ്യത 1%-ൽ താഴെയായി കുറയുന്നു. രണ്ടാമത്തേത്, ബയസ് വോൾട്ടേജിന്റെ അളവ് നിയന്ത്രിക്കുന്നതിലൂടെ വേഗത്തിലുള്ള കെടുത്തലും വീണ്ടെടുക്കലും സാക്ഷാത്കരിക്കുക എന്നതാണ്. ഇത് ഹിമപാത പൾസിന്റെ ഫീഡ്‌ബാക്ക് നിയന്ത്രണത്തെ ആശ്രയിക്കാത്തതിനാൽ, ശമിപ്പിക്കലിന്റെ കാലതാമസ സമയം ഗണ്യമായി കുറയുകയും ഡിറ്റക്ടറിന്റെ കണ്ടെത്തൽ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, LC കോമണ്ടർ തുടങ്ങിയവർ ഗേറ്റഡ് മോഡ് ഉപയോഗിക്കുന്നു. InGaAs/InPAPD അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു ഗേറ്റഡ് സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടർ തയ്യാറാക്കി. 1550 nm-ൽ സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ഷൻ കാര്യക്ഷമത 55%-ൽ കൂടുതലായിരുന്നു, കൂടാതെ 7% എന്ന പോസ്റ്റ്-പൾസ് സാധ്യതയും കൈവരിക്കാനായി. ഈ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, ചൈനയിലെ സയൻസ് ആൻഡ് ടെക്നോളജി സർവകലാശാല മൾട്ടി-മോഡ് ഫൈബർ ഉപയോഗിച്ച് ഒരു ഫ്രീ-മോഡ് InGaAs APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടറുമായി ഒരേസമയം ബന്ധിപ്പിച്ച ഒരു liDAR സിസ്റ്റം സ്ഥാപിച്ചു. പരീക്ഷണ ഉപകരണങ്ങൾ ചിത്രം (c) ലും (d) ലും കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ 12 കിലോമീറ്റർ ഉയരമുള്ള മൾട്ടി-ലെയർ മേഘങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തൽ 1 സെക്കൻഡ് സമയ റെസല്യൂഷനും 15 മീറ്റർ സ്പേഷ്യൽ റെസല്യൂഷനും ഉപയോഗിച്ച് സാക്ഷാത്കരിക്കപ്പെടുന്നു.