단일 광자 InGaAs 광 검출기

단일 광자InGaAs 광검출기

LiDAR의 급속한 발전으로빛 감지자동 차량 추적 이미징 기술에 사용되는 기술 및 거리 측정 기술 또한 높은 요구 사항을 가지고 있으며, 기존 저조도 감지 기술에 사용되는 검출기의 감도와 시간 분해능은 실제 요구를 충족하지 못합니다. 단일 광자는 빛의 최소 에너지 단위이며, 단일 광자 감지 기능을 갖춘 검출기는 저조도 감지의 최종 도구입니다. InGaAs와 비교했을 때APD 광검출기InGaAs APD 광검출기 기반 단일 광검출기는 응답 속도, 감도, 그리고 효율이 더 높습니다. 따라서 IN-GAAS APD 광검출기 단일 광검출기에 대한 연구가 국내외에서 활발히 진행되고 있습니다.

이탈리아 밀라노 대학의 연구원들은 단일 광자의 과도 동작을 시뮬레이션하기 위해 최초로 2차원 모델을 개발했습니다.눈사태 광검출기1997년에 단일 광자 애벌랜치 광검출기의 과도 특성에 대한 수치 시뮬레이션 결과를 발표했습니다. 2006년에는 MOCVD를 사용하여 평면 기하학적 구조를 제작했습니다.InGaAs APD 광검출기단일 광자 검출기는 반사층을 줄이고 이종 계면에서 전기장을 강화하여 단일 광자 검출 효율을 10%까지 높였습니다. 2014년에는 아연 확산 조건을 더욱 개선하고 수직 구조를 최적화함으로써 단일 광자 검출기의 검출 효율을 최대 30%까지 높이고 약 87ps의 타이밍 지터를 달성했습니다. 2016년에는 SANZARO M 외 연구진이 InGaAs APD 광검출기 단일 광자 검출기를 모놀리식 집적 저항과 통합하고, 이 검출기를 기반으로 소형 단일 광자 계수 모듈을 설계했으며, 애벌랜치 전하를 크게 감소시키는 하이브리드 퀀칭 방식을 제안하여 펄스 후 및 광학적 누화를 줄이고 타이밍 지터를 70ps로 줄였습니다. 동시에 다른 연구 그룹들도 InGaAs APD에 대한 연구를 수행했습니다.광검출기단일 광자 검출기. 예를 들어, 프린스턴 라이트웨이브(Princeton Lightwave)는 평면 구조의 InGaAs/InPAPD 단일 광자 검출기를 설계하여 상용화했습니다. 상하이 기술물리연구소(Shanghai Institute of Technical Physics)는 아연 증착물 제거 및 용량성 평형 게이트 펄스 모드를 사용하여 1.5MHz 펄스 주파수에서 3.6 × 10⁻⁴/ns의 암흑 계수(dark count)를 갖는 APD 광검출기의 단일 광자 성능을 시험했습니다. 조셉 P(Joseph P) 등은 더 넓은 밴드갭을 갖는 메사 구조의 InGaAs APD 광검출기 단일 광자 검출기를 설계했으며, InGaAsP를 흡수층 재료로 사용하여 검출 효율에 영향을 미치지 않으면서 암흑 계수를 낮추었습니다.

InGaAs APD 광검출기 단일 광자 검출기의 작동 모드는 자유 작동 모드입니다.즉, APD 광검출기는 애벌랜치 발생 후 주변 회로를 소광하고 일정 시간 동안 소광 후 복구해야 합니다.소광 지연 시간의 영향을 줄이기 위해 대략 두 가지 유형으로 나뉩니다.첫 번째는 R Thew 등이 사용하는 능동 소광 회로와 같이 수동 또는 능동 소광 회로를 사용하여 소광을 달성하는 것입니다.그림 (a), (b)는 전자 제어 및 능동 소광 회로와 APD 광검출기와의 연결을 단순화한 다이어그램으로, 게이트 또는 자유 실행 모드에서 작동하도록 개발되어 이전에 실현되지 않은 펄스 후 문제를 크게 줄였습니다.또한 1550nm에서 검출 효율은 10%이고 펄스 후 확률은 1% 미만으로 줄었습니다.두 번째는 바이어스 전압 레벨을 제어하여 빠른 소광 및 복구를 실현하는 것입니다. 눈사태 펄스의 피드백 제어에 의존하지 않으므로 퀀칭 지연 시간이 크게 단축되고 검출기의 검출 효율이 향상됩니다.예를 들어, LC Comandar 등은 게이트 모드를 사용합니다.InGaAs/InPAPD 기반 게이트 단일 광자 검출기가 준비되었습니다.단일 광자 검출 효율은 1550nm에서 55% 이상이었고 펄스 후 확률은 7%가 달성되었습니다.이를 바탕으로 중국 과학기술대학은 자유 모드 InGaAs APD 광검출기 단일 광자 검출기와 동시에 결합된 다중 모드 광섬유를 사용하는 LiDAR 시스템을 구축했습니다.실험 장비는 그림 (c)와 (d)에 나와 있으며, 높이 12km의 다층 구름을 1초의 시간 분해능과 15m의 공간 분해능으로 검출했습니다.