സിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ InGaAs ഫോട്ടോഡിറ്റക്റ്റർ

ഒറ്റ ഫോട്ടോൺInGaAs ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർ

ലിഡാറിൻ്റെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വികസനത്തോടെ,പ്രകാശം കണ്ടെത്തൽഓട്ടോമാറ്റിക് വെഹിക്കിൾ ട്രാക്കിംഗ് ഇമേജിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയ്‌ക്കായി ഉപയോഗിക്കുന്ന സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്കും റേഞ്ചിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്കും ഉയർന്ന ആവശ്യകതകളുണ്ട്, പരമ്പരാഗത ലോ ലൈറ്റ് ഡിറ്റക്ഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഡിറ്റക്ടറിൻ്റെ സംവേദനക്ഷമതയും സമയ റെസല്യൂഷനും യഥാർത്ഥ ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റാൻ കഴിയില്ല. പ്രകാശത്തിൻ്റെ ഏറ്റവും ചെറിയ ഊർജ്ജ യൂണിറ്റാണ് സിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ, കൂടാതെ സിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ഷൻ കഴിവുള്ള ഡിറ്റക്ടറാണ് കുറഞ്ഞ പ്രകാശം കണ്ടെത്തുന്നതിനുള്ള അവസാന ഉപകരണം. InGaAs-മായി താരതമ്യം ചെയ്യുമ്പോൾAPD ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടർ, InGaAs APD ഫോട്ടോഡെറ്റക്‌ടറിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടറുകൾക്ക് ഉയർന്ന പ്രതികരണ വേഗതയും സംവേദനക്ഷമതയും കാര്യക്ഷമതയും ഉണ്ട്. അതിനാൽ, IN-GAAS APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്റ്റർ സിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടറുകളെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണങ്ങളുടെ ഒരു പരമ്പര സ്വദേശത്തും വിദേശത്തും നടത്തിയിട്ടുണ്ട്.

ഇറ്റലിയിലെ മിലാൻ സർവ്വകലാശാലയിലെ ഗവേഷകർ ആദ്യമായി ഒരു ഫോട്ടോണിൻ്റെ ക്ഷണികമായ സ്വഭാവം അനുകരിക്കാൻ ഒരു ദ്വിമാന മാതൃക വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു.ഹിമപാത ഫോട്ടോ ഡിറ്റക്ടർ1997-ൽ, ഒരൊറ്റ ഫോട്ടോൺ അവലാഞ്ച് ഫോട്ടോഡെറ്റക്ടറിൻ്റെ ക്ഷണികമായ സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ സംഖ്യാ അനുകരണ ഫലങ്ങൾ നൽകി. പിന്നീട് 2006-ൽ ഗവേഷകർ MOCVD ഉപയോഗിച്ച് ഒരു പ്ലാനർ ജ്യാമിതീയത തയ്യാറാക്കിInGaAs APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർസിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടർ, ഇത് പ്രതിഫലന പാളി കുറയ്ക്കുകയും വൈവിധ്യമാർന്ന ഇൻ്റർഫേസിൽ വൈദ്യുത മണ്ഡലം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്തുകൊണ്ട് സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ കണ്ടെത്തൽ കാര്യക്ഷമത 10% ആയി വർദ്ധിപ്പിച്ചു. 2014-ൽ, സിങ്ക് ഡിഫ്യൂഷൻ അവസ്ഥകൾ കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിലൂടെയും ലംബ ഘടന ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിലൂടെയും, സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടറിന് 30% വരെ ഉയർന്ന കണ്ടെത്തൽ കാര്യക്ഷമതയുണ്ട്, കൂടാതെ ഏകദേശം 87 പിഎസ് ടൈമിംഗ് ജിറ്റർ കൈവരിക്കുന്നു. 2016-ൽ, SANZARO M et al. InGaAs APD ഫോട്ടോഡെറ്റക്റ്റർ സിംഗിൾ-ഫോട്ടൺ ഡിറ്റക്റ്റർ ഒരു മോണോലിത്തിക്ക് ഇൻ്റഗ്രേറ്റഡ് റെസിസ്റ്ററുമായി സംയോജിപ്പിച്ചു, ഡിറ്റക്ടറിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ഒരു കോംപാക്റ്റ് സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ കൗണ്ടിംഗ് മൊഡ്യൂൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തു, കൂടാതെ ഒരു ഹൈബ്രിഡ് ക്വഞ്ച് രീതി നിർദ്ദേശിച്ചു, അത് അവലാഞ്ച് ചാർജ് ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുകയും അതുവഴി പോസ്റ്റ്-പൾസ്, ഒപ്റ്റിക്കൽ ക്രോസ്‌ടോക്ക് എന്നിവ കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്തു. ടൈമിംഗ് ജിറ്റർ 70 പിഎസ് ആയി കുറയ്ക്കുന്നു. അതേ സമയം, മറ്റ് ഗവേഷണ ഗ്രൂപ്പുകളും InGaAs APD യിൽ ഗവേഷണം നടത്തിയിട്ടുണ്ട്ഫോട്ടോഡിറ്റക്ടർഒരൊറ്റ ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടർ. ഉദാഹരണത്തിന്, പ്രിൻസ്റ്റൺ ലൈറ്റ്‌വേവ് പ്ലാനർ ഘടനയുള്ള InGaAs/InPAPD സിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്‌റ്റർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌ത് വാണിജ്യപരമായ ഉപയോഗത്തിലേക്ക് കൊണ്ടുവന്നു. ഷാങ്ഹായ് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്‌നിക്കൽ ഫിസിക്‌സ് 1.5 മെഗാഹെർട്‌സിൻ്റെ പൾസ് ഫ്രീക്വൻസിയിൽ 3.6 × 10 ⁻⁴/ns പൾസിൻ്റെ ഇരുണ്ട എണ്ണമുള്ള സിങ്ക് ഡെപ്പോസിറ്റുകളും കപ്പാസിറ്റീവ് ബാലൻസ്ഡ് ഗേറ്റ് പൾസ് മോഡും ഉപയോഗിച്ച് APD ഫോട്ടോഡെറ്റക്‌ടറിൻ്റെ സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ പ്രകടനം പരീക്ഷിച്ചു. ജോസഫ് പി തുടങ്ങിയവർ. വിശാലമായ ബാൻഡ്‌ഗാപ്പോടുകൂടിയ മെസാ ഘടന InGaAs APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്‌റ്റർ സിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്‌ടർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തു, കൂടാതെ കണ്ടെത്തൽ കാര്യക്ഷമതയെ ബാധിക്കാതെ കുറഞ്ഞ ഇരുണ്ട കൗണ്ട് ലഭിക്കുന്നതിന് ആഗിരണം ചെയ്യുന്ന ലെയർ മെറ്റീരിയലായി InGaAsP ഉപയോഗിച്ചു.

InGaAs APD ഫോട്ടോഡിറ്റക്റ്റർ സിംഗിൾ ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടറിൻ്റെ ഓപ്പറേറ്റിംഗ് മോഡ് ഫ്രീ ഓപ്പറേഷൻ മോഡാണ്, അതായത്, ഒരു ഹിമപാതം സംഭവിച്ചതിന് ശേഷം APD ഫോട്ടോഡെറ്റക്ടറിന് പെരിഫറൽ സർക്യൂട്ട് കെടുത്തുകയും കുറച്ച് സമയത്തേക്ക് ശമിപ്പിച്ചതിന് ശേഷം വീണ്ടെടുക്കുകയും വേണം. കെടുത്തൽ കാലതാമസത്തിൻ്റെ ആഘാതം കുറയ്ക്കുന്നതിന്, ഇത് ഏകദേശം രണ്ട് തരങ്ങളായി തിരിച്ചിരിക്കുന്നു: ഒന്ന്, R Thew ഉപയോഗിക്കുന്ന ആക്റ്റീവ് ക്വഞ്ചിംഗ് സർക്യൂട്ട് പോലെയുള്ള, നിഷ്ക്രിയ അല്ലെങ്കിൽ സജീവമായ ക്വഞ്ചിംഗ് സർക്യൂട്ട് ഉപയോഗിച്ച് കെടുത്തൽ നേടുക. ചിത്രം (a) , (b) ഇലക്ട്രോണിക് കൺട്രോൾ, ആക്റ്റീവ് ക്വഞ്ചിംഗ് സർക്യൂട്ട് എന്നിവയുടെ ലളിതമായ ഒരു ഡയഗ്രം ആണ്, കൂടാതെ ഗേറ്റഡ് അല്ലെങ്കിൽ ഫ്രീ റണ്ണിംഗ് മോഡിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത APD ഫോട്ടോഡെറ്റക്റ്ററുമായുള്ള അതിൻ്റെ കണക്ഷൻ, മുമ്പ് യാഥാർത്ഥ്യമാക്കാത്ത പോസ്റ്റ്-പൾസ് പ്രശ്നം ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കുന്നു. മാത്രമല്ല, 1550 nm-ൽ കണ്ടെത്തൽ കാര്യക്ഷമത 10% ആണ്, പോസ്റ്റ്-പൾസിൻ്റെ സാധ്യത 1% ൽ താഴെയായി കുറയുന്നു. രണ്ടാമത്തേത് ബയസ് വോൾട്ടേജിൻ്റെ അളവ് നിയന്ത്രിക്കുന്നതിലൂടെ വേഗത്തിൽ ശമിപ്പിക്കലും വീണ്ടെടുക്കലും തിരിച്ചറിയുക എന്നതാണ്. ഇത് അവലാഞ്ച് പൾസിൻ്റെ ഫീഡ്‌ബാക്ക് നിയന്ത്രണത്തെ ആശ്രയിക്കാത്തതിനാൽ, ശമിപ്പിക്കലിൻ്റെ കാലതാമസ സമയം ഗണ്യമായി കുറയുകയും ഡിറ്റക്ടറിൻ്റെ കണ്ടെത്തൽ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, LC Comandar et al ഗേറ്റഡ് മോഡ് ഉപയോഗിക്കുന്നു. InGaAs/InPAPD അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു ഗേറ്റഡ് സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ ഡിറ്റക്ടർ തയ്യാറാക്കി. സിംഗിൾ-ഫോട്ടോൺ കണ്ടെത്തൽ കാര്യക്ഷമത 1550 nm-ൽ 55%-ലധികം ആയിരുന്നു, കൂടാതെ 7%-ൻ്റെ പൾസിന് ശേഷമുള്ള സംഭാവ്യത കൈവരിച്ചു. ഇതിൻ്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, ചൈനയിലെ ശാസ്ത്ര സാങ്കേതിക സർവ്വകലാശാല, മൾട്ടി-മോഡ് ഫൈബർ ഉപയോഗിച്ച് ഒരേസമയം ഒരു സ്വതന്ത്ര മോഡ് InGaAs APD ഫോട്ടോഡെറ്റക്ടർ സിംഗിൾ-ഫോട്ടൺ ഡിറ്റക്ടറുമായി ചേർന്ന് ഒരു liDAR സിസ്റ്റം സ്ഥാപിച്ചു. പരീക്ഷണാത്മക ഉപകരണങ്ങൾ ചിത്രം (സി), (ഡി) എന്നിവയിൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ 12 കിലോമീറ്റർ ഉയരമുള്ള മൾട്ടി-ലെയർ മേഘങ്ങൾ കണ്ടെത്തുന്നത് 1 സെക്കൻഡ് സമയ റെസല്യൂഷനും 15 മീറ്റർ സ്പേഷ്യൽ റെസലൂഷനും ഉപയോഗിച്ച് സാക്ഷാത്കരിക്കപ്പെടുന്നു.