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.
În ultimii ani, tehnologia de detectare a unui singur-foton a arătat perspective largi de aplicare în multe domenii, cum ar fi comunicarea securizată cuantică, calculul cuantic, inteligența artificială și detectarea militară, făcând detectoarele cu un singur-foton un punct fierbinte de cercetare actual. .
Fotonii sunt absorbiți pentru a produce perechi de electroni-găuri, iar găurile intră în regiunea de multiplicare sub câmpul electric pentru a declanșa multiplicarea avalanșelor.
Detectoarele cu diode de avalanșă cu semiconductor au câștig intern de avalanșă, răspuns rapid, dimensiuni mici, cost redus și integrare ușoară. Acestea pot atinge o temperatură de lucru de aproximativ minus 40 de grade prin refrigerarea cu semiconductor, ceea ce le face o alegere mai bună pentru detectoarele cu un singur-foton. Dintre acestea, detectorul de fotoni cu un singur-infraroșu-InP/InGaAs este cel mai matur detector cu un singur foton cu diodă de avalanșă în apropiere{-infraroșu-la prezent. Unicul-tub și matricea sa au fost produse comercializate. Principalii indicatori de performanță includ: detectarea unui singur-foton la minus 40 de grade Eficiența depășește 30%, rata de numărare întunecată este mai mică de 10kHz, probabilitatea post-impulsului este mai mică de 5%, timpul jitter-ul este mai mic de 100ps, iar rata maximă de numărare depășește 100MHz. Distanța centrală a matricei planului focal este de 50um, iar dimensiunea matricei este de 256128. Două metode de imagistică, numărarea fotonilor și sincronizarea fotonilor, pot fi utilizate pentru imagini tri-dimensionale. În prezent, în țară și în străinătate sunt dezvoltate rețele cu plan focal unic-foton cu distanță centrală mai mică (25 microni) și specificații mai mari (dimensiune 320256 sau mai mare). Apariția și noile progrese ale produselor InP/InGaAs pentru detectoare cu un singur foton-infraroșu- oferă posibilitatea aplicării la scară largă-a unor astfel de detectoare.
Direcția de dezvoltare a detectoarelor cu un singur foton
În prezent, dezvoltarea detectorilor cu un singur-foton avansează în principal rapid pe două căi: o cale este optimizarea continuă a performanței SPAD-urilor InP/InGaAs existente, către numărătoare mai mici de întuneric, mai mici după-impulsuri. , rate de numărare mai mari și mai mult Temperatură de lucru ridicată și alte direcții. Provocarea este că defectele de material din stratul de multiplicare duc la efecte post-de puls mari, timpi mort lungi (timp fără avalanșe) și rate de numărare reduse. Mijloacele tehnice actuale au anumite constrângeri reciproce: pentru a reduce post-pulsul, prin reducerea cantității de încărcare de avalanșă, ceea ce duce la problema eficienței de detecție scăzute; prin prelungirea timpului mort, duce la problema ratei de numărare scăzute; prin creşterea temperaturii se reduce captarea. Durata de viață a transportatorilor duce la problema ratei ridicate de numărare întunecată. Soluția existentă este de a folosi dezvoltarea circuitelor integrate de stingere pentru a minimiza capacitatea parazită și post-pulsul și, în același timp, pentru a îmbunătăți și mai mult calitatea creșterii materialelor stratului de multiplicare.
Optimizarea performanței și aplicarea detectorilor cu un singur foton sunt inseparabile de suportul circuitelor de stingere. Pe de o parte, circuitul de stingere trebuie să oprească avalanșa la timp, iar pe de altă parte, trebuie, de asemenea, să suprime zgomotul de la dispozitiv și circuit etc., pentru a scoate semnalul de avalanșă în avans. În prezent, prin integrarea rezistenței de stingere sau a barierei de potențial a dispozitivului în sine, prin integrarea monolitică a circuitelor externe de stingere și prin combinarea de porți sinusoidale și diferite circuite de stingere, numărul de întuneric și post{0}}pulsul de dispozitivul sunt reduse semnificativ, iar dispozitivul este îmbunătățit. rata de numărare.
Principiul de funcționare al detectorilor cu un singur foton-SPAD-.
O altă modalitate este de a găsi noi materiale mai promițătoare și noi dispozitive cu mecanisme. Stimulate de cerințe uriașe ale aplicațiilor, materiale noi, cum ar fi dezvoltarea materialelor cu zgomot redus, bazată pe un factor k-scăzut, extensia lungimii de undă bazată pe materiale cu dimensiuni reduse-, reducerea zgomotului bazată pe inginerie de multiplicare a ionizării , și multiplicarea câștigului mare bazată pe transportul balistic al materialelor -de dimensiuni joase, au apărut dispozitive cu mecanisme noi, iar dezvoltarea acestor noi tehnologii a deschis noi direcții pentru reducerea în continuare a zgomotului de un singur- detectoare de fotoni, îmbunătățirea raporturilor semnal-la-zgomot, extinderea lungimilor de undă și îmbunătățirea condițiilor de lucru ale dispozitivului.
Domenii importante de aplicare ale detectorilor de fotoni unici-infraroșu apropiat
Detectoarele cu un singur foton-infraroșu-aproape au sensibilitatea maximă a detectării fotonului, iar benzile lor de lucru sunt principalele benzi utilizate de fibrele optice tradiționale și sunt, de asemenea, benzi-sigure pentru ochi. Conducerea, imagistica 3D, detectarea semnalului slab și alte domenii au aplicații importante.
Când radarul laser folosește un laser de 1550 nm ca sursă de lumină de emisie, datorită siguranței ochiului uman, poate fi utilizat un laser de putere mai mare, astfel încât să poată detecta o distanță mai mare, astfel încât distanța de detectare curentă să fie de la 100 m până la 200 m, iar lumina cu o lungime de undă de 1550 nm este. Mediul de lumină naturală are un zgomot de fundal mai curat, ceea ce este de mare importanță pentru aplicarea lidarului fără pilot sau montat pe vehicul-. Este de așteptat ca dezvoltarea detectorilor cu un singur foton de 1550 nm-să promoveze în mod semnificativ dezvoltarea rapidă a tehnologiilor fără pilot și lidar.
Această lucrare prezintă dezvoltarea tehnologiei de detectoare cu un singur-foton și noile tehnologii asociate bazate pe InP/InGaAs, cu scopul de a ajuta la creșterea înțelegerii și înțelegerii detectorilor cu un singur foton-infraroșu apropiat-, extinde aplicațiile lor și oferă îmbunătățiri și dezvoltare în continuare a performanței. a se referi la.
Tehnologia GMKJ este profund implicată în sursele de lumină sănătoase și inteligente, oferind pieței o gamă completă de produse și soluții cu LED-uri ultraviolete UVA UVB UVC, infraroșu IR LED VCSEL și are sute de parteneri de-înaltă calitate pe plan intern și străin. piețele să promoveze în comun utilizarea tehnologiei luminii pentru a crea o viață sănătoasă și inteligentă. .
