सिंगल फोटॉन InGaAs फोटोडिटेक्टर

एकल फोटॉनInGaAs फोटोडिटेक्टर

लिडार के तीव्र विकास के साथ,प्रकाश का पता लगानास्वचालित वाहन ट्रैकिंग इमेजिंग तकनीक में उपयोग की जाने वाली तकनीक और रेंजिंग तकनीक की आवश्यकताएं भी अधिक होती हैं, पारंपरिक कम रोशनी में पता लगाने वाली तकनीक में उपयोग किए जाने वाले डिटेक्टर की संवेदनशीलता और समय रिज़ॉल्यूशन वास्तविक आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर पाते हैं। एकल फोटॉन प्रकाश की सबसे छोटी ऊर्जा इकाई है, और एकल फोटॉन का पता लगाने की क्षमता वाला डिटेक्टर कम रोशनी में पता लगाने का अंतिम उपकरण है। InGaAs की तुलना मेंएपीडी फोटोडिटेक्टरInGaAs APD फोटोडिटेक्टर पर आधारित सिंगल-फोटॉन डिटेक्टरों में उच्च प्रतिक्रिया गति, संवेदनशीलता और दक्षता होती है। इसलिए, देश-विदेश में IN-GAAS APD फोटोडिटेक्टर सिंगल फोटॉन डिटेक्टरों पर कई शोध किए गए हैं।

इटली के मिलान विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने सबसे पहले एक एकल फोटॉन के क्षणिक व्यवहार का अनुकरण करने के लिए एक द्वि-आयामी मॉडल विकसित किया।हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर1997 में, शोधकर्ताओं ने एकल फोटॉन हिमस्खलन फोटोडिटेक्टर की क्षणिक विशेषताओं के संख्यात्मक सिमुलेशन परिणाम प्रस्तुत किए। फिर 2006 में, शोधकर्ताओं ने MOCVD का उपयोग करके एक समतल ज्यामितीय संरचना तैयार की।InGaAs APD फोटोडिटेक्टरएकल फोटॉन डिटेक्टर ने परावर्तक परत को कम करके और विषम इंटरफ़ेस पर विद्युत क्षेत्र को बढ़ाकर एकल-फोटॉन पहचान दक्षता को 10% तक बढ़ा दिया। 2014 में, जस्ता प्रसार स्थितियों में और सुधार करके और ऊर्ध्वाधर संरचना को अनुकूलित करके, एकल-फोटॉन डिटेक्टर की पहचान दक्षता 30% तक बढ़ गई और लगभग 87 ps का टाइमिंग जिटर प्राप्त हुआ। 2016 में, SANZARO M et al. ने InGaAs APD फोटोडिटेक्टर एकल-फोटॉन डिटेक्टर को एक अखंड एकीकृत प्रतिरोधक के साथ एकीकृत किया, डिटेक्टर पर आधारित एक कॉम्पैक्ट एकल-फोटॉन गणना मॉड्यूल डिज़ाइन किया, और एक हाइब्रिड शमन विधि प्रस्तावित की जिसने हिमस्खलन आवेश को काफी कम कर दिया, जिससे पोस्ट-पल्स और ऑप्टिकल क्रॉसस्टॉक कम हो गया और टाइमिंग जिटर 70 ps तक कम हो गया। उसी समय, अन्य शोध समूहों ने भी InGaAs APD पर शोध किया है।फोटोडिटेक्टरएकल फोटॉन डिटेक्टर। उदाहरण के लिए, प्रिंसटन लाइटवेव ने समतल संरचना वाला InGaAs/InPAPD एकल फोटॉन डिटेक्टर डिज़ाइन किया है और इसे व्यावसायिक उपयोग में लाया है। शंघाई इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्निकल फिजिक्स ने जिंक जमाव को हटाकर और कैपेसिटिव बैलेंस्ड गेट पल्स मोड का उपयोग करके APD फोटोडिटेक्टर के एकल-फोटॉन प्रदर्शन का परीक्षण किया, जिसमें 1.5 मेगाहर्ट्ज की पल्स आवृत्ति पर 3.6 × 10⁻⁴/ns पल्स का डार्क काउंट प्राप्त हुआ। जोसेफ पी एट अल. ने व्यापक बैंडगैप वाला मेसा संरचना InGaAs APD फोटोडिटेक्टर एकल फोटॉन डिटेक्टर डिज़ाइन किया और पता लगाने की दक्षता को प्रभावित किए बिना कम डार्क काउंट प्राप्त करने के लिए अवशोषक परत सामग्री के रूप में InGaAsP का उपयोग किया।

InGaAs APD फोटोडिटेक्टर सिंगल फोटॉन डिटेक्टर का ऑपरेटिंग मोड फ्री ऑपरेशन मोड है, यानी एवलांच होने के बाद APD फोटोडिटेक्टर को पेरिफेरल सर्किट को क्वेंच करना होता है और कुछ समय बाद रिकवर करना होता है। क्वेंचिंग डिले टाइम के प्रभाव को कम करने के लिए, इसे मोटे तौर पर दो प्रकारों में विभाजित किया गया है: पहला, क्वेंचिंग प्राप्त करने के लिए पैसिव या एक्टिव क्वेंचिंग सर्किट का उपयोग करना, जैसे कि आर थेव आदि द्वारा उपयोग किया जाने वाला एक्टिव क्वेंचिंग सर्किट। चित्र (a), (b) इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल और एक्टिव क्वेंचिंग सर्किट का सरलीकृत आरेख है और APD फोटोडिटेक्टर के साथ इसका कनेक्शन दर्शाता है, जिसे गेटेड या फ्री रनिंग मोड में काम करने के लिए विकसित किया गया है, जिससे पहले से अनसुलझी पोस्ट-पल्स समस्या काफी हद तक कम हो गई है। इसके अलावा, 1550 nm पर डिटेक्शन दक्षता 10% है, और पोस्ट-पल्स की संभावना 1% से कम हो गई है। दूसरा, बायस वोल्टेज के स्तर को नियंत्रित करके तीव्र क्वेंचिंग और रिकवरी प्राप्त करना है। क्योंकि यह हिमस्खलन पल्स के फीडबैक नियंत्रण पर निर्भर नहीं करता है, इसलिए शमन का विलंब समय काफी कम हो जाता है और डिटेक्टर की पहचान दक्षता में सुधार होता है। उदाहरण के लिए, एलसी कमांडर एट अल ने गेटेड मोड का उपयोग किया। InGaAs/InPAPD पर आधारित एक गेटेड सिंगल-फोटॉन डिटेक्टर तैयार किया गया। 1550 एनएम पर सिंगल-फोटॉन पहचान दक्षता 55% से अधिक थी, और 7% की पोस्ट-पल्स संभावना प्राप्त की गई। इसी आधार पर, चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय ने मल्टी-मोड फाइबर को फ्री-मोड InGaAs APD फोटोडिटेक्टर सिंगल-फोटॉन डिटेक्टर के साथ जोड़कर एक LiDAR प्रणाली स्थापित की। प्रायोगिक उपकरण चित्र (c) और (d) में दिखाया गया है, और 12 किमी की ऊंचाई वाले बहु-परत बादलों का पता 1 सेकंड के समय रिज़ॉल्यूशन और 15 मीटर के स्थानिक रिज़ॉल्यूशन के साथ लगाया गया है।