단일 광자 InGaAs 광검출기

단일 광자InGaAs 광검출기

LiDAR 기술의 급속한 발전과 함께,광 감지자동 차량 추적 영상 기술에 사용되는 거리 측정 기술은 더욱 높은 요구 사항을 충족해야 하므로, 기존 저조도 검출 기술에 사용되는 검출기의 감도와 시간 분해능으로는 실제 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 단일 광자는 빛의 가장 작은 에너지 단위이며, 단일 광자 검출 능력을 갖춘 검출기가 저조도 검출의 최종 목표입니다. InGaAs와 비교해 볼 때,APD 광검출기InGaAs APD 광검출기를 기반으로 하는 단일 광자 검출기는 응답 속도, 감도 및 효율이 더 높습니다. 따라서 국내외에서 InGaAs APD 광검출기 단일 광자 검출기에 대한 일련의 연구가 진행되고 있습니다.

이탈리아 밀라노 대학의 연구진은 단일 광자의 과도 현상을 시뮬레이션하기 위한 2차원 모델을 최초로 개발했습니다.눈사태 광검출기1997년에는 단일 광자 애벌랜치 광검출기의 과도 특성에 대한 수치 시뮬레이션 결과를 제시했습니다. 그리고 2006년에는 MOCVD를 이용하여 평면 기하학적 구조를 제작했습니다.InGaAs APD 광검출기반사층을 줄이고 이종 계면에서의 전기장을 강화함으로써 단일 광자 검출 효율을 10%까지 향상시킨 단일 광자 검출기가 개발되었습니다. 2014년에는 아연 확산 조건을 더욱 개선하고 수직 구조를 최적화하여 단일 광자 검출기의 검출 효율을 최대 30%까지 높이고 타이밍 지터를 약 87ps로 줄였습니다. 2016년에는 SANZARO M 등이 InGaAs APD 광검출기 단일 광자 검출기를 모놀리식 집적 저항기와 통합하고, 이를 기반으로 소형 단일 광자 계수 모듈을 설계했으며, 애벌랜치 전하를 크게 줄이는 하이브리드 퀀칭 방법을 제안하여 펄스 후 간섭 및 광학적 크로스토크를 감소시키고 타이밍 지터를 70ps까지 줄였습니다. 이와 동시에 다른 연구 그룹들도 InGaAs APD에 대한 연구를 진행했습니다.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 정전 용량 평형 게이트 펄스 모드를 사용하여 APD 광검출기의 단일 광자 성능을 테스트했으며, 1.5MHz의 펄스 주파수에서 3.6 × 10⁻⁴/ns의 암전류를 얻었습니다. 조셉 P(Joseph P) 외 연구진은 더 넓은 밴드갭을 가진 메사 구조의 InGaAs APD 광검출기 단일 광자 검출기를 설계하고, InGaAsP를 흡수층 물질로 사용하여 검출 효율에 영향을 주지 않으면서 더 낮은 암전류를 얻었습니다.

InGaAs APD 광검출기 단일 광자 검출기의 동작 모드는 자유 동작 모드입니다. 즉, APD 광검출기는 애벌랜치 발생 후 주변 회로를 퀀칭하고, 퀀칭 후 일정 시간 동안 복구해야 합니다. 퀀칭 지연 시간의 영향을 줄이기 위해 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 첫 번째는 R Thew 등이 사용하는 능동 퀀칭 회로와 같은 수동 또는 능동 퀀칭 회로를 사용하여 퀀칭을 구현하는 것입니다. 그림 (a), (b)는 게이트 또는 자유 동작 모드에서 작동하도록 개발된 전자 제어 및 능동 퀀칭 회로와 APD 광검출기의 연결을 간략하게 나타낸 도식으로, 기존에는 발생하지 않았던 펄스 후 잔상 문제를 크게 줄였습니다. 또한, 1550nm에서의 검출 효율은 10%이며, 펄스 후 잔상 발생 확률은 1% 미만으로 감소했습니다. 두 번째는 바이어스 전압 레벨을 제어하여 빠른 퀀칭 및 복구를 구현하는 것입니다. 애벌랜치 펄스의 피드백 제어에 의존하지 않기 때문에 소멸 지연 시간이 크게 단축되고 검출기의 검출 효율이 향상됩니다. 예를 들어, LC Comandar 등은 게이트 모드를 사용했습니다. InGaAs/InPAPD 기반의 게이트형 단일 광자 검출기를 제작하여 1550nm에서 55% 이상의 단일 광자 검출 효율과 7%의 펄스 후 확률을 달성했습니다. 이를 바탕으로 중국과학기술대학교는 다중 모드 광섬유와 자유 모드 InGaAs APD 광검출기 단일 광자 검출기를 동시에 결합한 LiDAR 시스템을 구축했습니다. 실험 장비는 그림 (c)와 (d)에 나타냈으며, 1초의 시간 해상도와 15m의 공간 해상도로 12km 높이의 다층 구름을 검출했습니다.