Recently, the review paper "Advances in near-infrared avalanche diode single-photon detectors" by Shi Yanli's team of Yunnan University was published in the global cutting-edge comprehensive research journal Chip. This review paper presents the development of near-infrared single-photon detectors.
W ostatnich latach technologia wykrywania pojedynczych-fotonów wykazała szerokie perspektywy zastosowań w wielu dziedzinach, takich jak bezpieczna komunikacja kwantowa, obliczenia kwantowe, sztuczna inteligencja i wykrywanie wojskowe, dzięki czemu detektory pojedynczych-fotonów są obecnie ważnym punktem badawczym .
Fotony są absorbowane, aby wytworzyć dziury-pary elektronów, a dziury wchodzą w obszar powielania pod wpływem pola elektrycznego, aby wywołać powielanie lawinowe.
Półprzewodnikowe detektory z diodami lawinowymi charakteryzują się wewnętrznym wzmocnieniem lawinowym, szybką odpowiedzią, niewielkimi rozmiarami, niskimi kosztami i łatwą integracją. Dzięki chłodzeniu półprzewodnikowemu mogą osiągnąć temperaturę roboczą około minus 40 stopni, co czyni je lepszym wyborem dla detektorów pojedynczych-fotonów. Wśród nich, detektor InP/InGaAs w pobliżu-pojedynczej-fotonu w podczerwieni jest obecnie najbardziej dojrzałym detektorem w pobliżu-podczerwonej diody lawinowej w pobliżu-fotonów. Jego pojedyncza -lampa i tablica zostały skomercjalizowane. Główne wskaźniki wydajności to: detekcja pojedynczego-fotonu przy minus 40 stopniach Sprawność przekracza 30 procent, częstotliwość zliczania ciemności jest mniejsza niż 10 kHz, prawdopodobieństwo impulsu po-poniżej 5 procent, czas jitter jest mniejszy niż 100 ps, a maksymalna szybkość zliczania przekracza 100 MHz. Odległość od środka matrycy płaszczyzny ogniskowej wynosi 50 μm, a rozmiar matrycy to 256128. Do obrazowania trójwymiarowego -wymiarowego można zastosować dwie metody obrazowania, zliczanie fotonów i taktowanie fotonów. Obecnie w kraju i za granicą opracowywane są pojedyncze -fotonowe matryce płaszczyzny ogniskowej o mniejszej odległości od środka (25 mikronów) i większej specyfikacji (rozmiar 320256 lub większy). Pojawienie się i postęp w zakresie detektorów InP/InGaAs w pobliżu-podczerwonych pojedynczych-fotonów daje możliwość zastosowania takich detektorów na dużą-skalową skalę.
Kierunek rozwoju detektorów pojedynczych fotonów
Obecnie rozwój detektorów pojedynczych-fotonów postępuje głównie w dwóch kierunkach: jedna to ciągła optymalizacja wydajności istniejących detektorów SPAD InP/InGaAs w kierunku mniejszej liczby ciemnych, niższych po-impulsach , wyższe wskaźniki zliczania i więcej Wysoka temperatura pracy i inne kierunki. Wyzwanie polega na tym, że defekty materiału w warstwie powielania prowadzą do dużych efektów po-impulsowych, długich czasów martwych (czas bez lawin) i zmniejszonych wskaźników zliczania. Obecne środki techniczne mają pewne wzajemne ograniczenia: w celu zmniejszenia impulsu -poprzez zmniejszenie ilości ładunku lawinowego, co prowadzi do problemu niskiej skuteczności wykrywania; wydłużając czas martwy, prowadzi to do problemu małej liczby zliczeń; zwiększając temperaturę, zmniejsza się pułapkowanie. Żywotność nośników prowadzi do problemu dużej liczby zliczeń ciemnych. Dotychczasowe rozwiązanie polega na wykorzystaniu rozwoju zintegrowanych obwodów gaszenia w celu minimalizacji pojemności pasożytniczej i impulsu -postu, a jednocześnie dalszej poprawy jakości wzrostu materiałów warstw multiplikacyjnych.
Optymalizacja wydajności i zastosowanie detektorów pojedynczych fotonów są nierozerwalnie związane ze wsparciem obwodów gaszących. Obwód gaszący musi z jednej strony zatrzymać lawinę na czas, a z drugiej strony musi też wytłumić hałas z urządzenia i obwodu itp., aby wcześniej wydobyć sygnał lawinowy. Obecnie, poprzez integrację rezystancji gaszącej lub bariery potencjału samego urządzenia, poprzez monolityczną integrację zewnętrznych obwodów gaszących oraz poprzez kombinację bramkowania sinusoidalnego i różnych obwodów gaszących, zliczanie ciemności i impuls - urządzenia są znacznie zmniejszone, a urządzenie jest ulepszone. Szybkość liczenia.
Zasada działania detektorów pojedynczych-fotonów opartych na technologii SPAD-.
Innym sposobem jest znalezienie bardziej obiecujących nowych materiałów i nowych urządzeń mechanicznych. Stymulowane przez ogromne wymagania aplikacji, nowe materiały, takie jak opracowywanie materiałów o niskim-hałasie w oparciu o niski współczynnik k-, rozszerzenie długości fali w oparciu o materiały o niskich-wymiarach, redukcja szumów w oparciu o inżynierię zwielokrotniania jonizacji , oraz zwielokrotnienie dużego wzmocnienia oparte na transporcie balistycznym materiałów nisko-wymiarowych, Pojawiły się Urządzenia z nowymi mechanizmami, a rozwój tych nowych technologii otworzył nowe kierunki dalszego ograniczania hałasu pojedynczych- detektory fotonów, poprawiające stosunek sygnału-do-szum, wydłużające długości fal i poprawiające warunki pracy urządzenia.
Ważne obszary zastosowania detektorów bliskiej-podczerwonych-pojedynczych fotonów
Detektory bliskie-podczerwieni-pojedyncze-fotony mają najwyższą czułość wykrywania fotonów, a ich pasma robocze są głównymi pasmami używanymi przez tradycyjne światłowody, a także pasmami-bezpiecznymi dla oczu. Jazda, obrazowanie 3D, wykrywanie słabych sygnałów i inne dziedziny mają ważne zastosowania.
Gdy radar laserowy wykorzystuje laser 1550nm jako źródło światła emisji, ze względu na bezpieczeństwo ludzkiego oka, można użyć lasera o większej mocy, aby mógł wykryć większą odległość, tak aby aktualna odległość wykrywania wynosiła od 100m do 200m, a światło o długości fali 1550nm to naturalne środowisko oświetleniowe ma czystszy szum tła, co ma ogromne znaczenie w przypadku zastosowania lidarów bezzałogowych lub-montowanych na pojazdach. Oczekuje się, że opracowanie detektorów pojedynczych-fotonów 1550 nm znacząco przyczyni się do szybkiego rozwoju technologii bezzałogowych i lidarowych.
Ten artykuł przedstawia rozwój technologii detektorów pojedynczych-fotonów i związanych z nią nowych technologii opartych na InP/InGaAs, które mają pomóc w lepszym zrozumieniu i zrozumieniu detektorów pojedynczych-fotonów w bliskiej-podczerwieni, rozszerzać ich aplikacje i zapewniać dalsze doskonalenie wydajności i rozwój. odnosić się do.
Firma GMKJ Technology jest głęboko zaangażowana w zdrowe i inteligentne źródła światła, dostarczając na rynek pełną gamę produktów i rozwiązań w zakresie ultrafioletu UVA UVB UVC LED, podczerwieni IR LED VCSEL i ma setki wysokiej jakości partnerów w kraju i za granicą rynków, aby wspólnie promować wykorzystanie technologii świetlnej w celu stworzenia zdrowego i inteligentnego życia. .
