Kigunduzi cha picha cha InGaAs chenye fotoni moja

Fotoni mojaKigunduzi picha cha InGaAs

Kwa maendeleo ya haraka ya LiDAR,ugunduzi wa mwangaTeknolojia na teknolojia ya masafa inayotumika kwa ajili ya upigaji picha wa kufuatilia magari kiotomatiki pia ina mahitaji ya juu zaidi, unyeti na utatuzi wa muda wa kigunduzi kinachotumika katika teknolojia ya kitamaduni ya kugundua mwanga mdogo hauwezi kukidhi mahitaji halisi. Fotoni moja ni kitengo kidogo zaidi cha nishati cha mwanga, na kigunduzi chenye uwezo wa kugundua fotoni moja ni zana ya mwisho ya kugundua mwanga mdogo. Ikilinganishwa na InGaAsKigunduzi cha picha cha APD, vigunduzi vya fotoni moja kulingana na kigunduzi cha picha cha InGaAs APD vina kasi ya juu ya mwitikio, unyeti na ufanisi. Kwa hivyo, mfululizo wa tafiti kuhusu vigunduzi vya fotoni moja vya IN-GAAS APD vimefanywa ndani na nje ya nchi.

Watafiti kutoka Chuo Kikuu cha Milan nchini Italia walitengeneza kwanza mfumo wa pande mbili ili kuiga tabia ya muda mfupi ya fotoni mojakigunduzi cha picha cha maporomoko ya thelujimwaka wa 1997, na kutoa matokeo ya simulizi ya nambari ya sifa za muda mfupi za kigunduzi kimoja cha fotoni cha maporomoko ya theluji. Kisha mwaka wa 2006, watafiti walitumia MOCVD kuandaa jiometri ya sayariKigunduzi cha picha cha InGaAs APDKigunduzi cha fotoni moja, ambacho kiliongeza ufanisi wa kugundua fotoni moja hadi 10% kwa kupunguza safu ya kuakisi na kuimarisha uwanja wa umeme kwenye kiolesura kisicho cha kawaida. Mnamo 2014, kwa kuboresha zaidi hali ya usambazaji wa zinki na kuboresha muundo wima, kigunduzi cha fotoni moja kina ufanisi mkubwa wa kugundua, hadi 30%, na kufikia mtetemo wa muda wa takriban ps 87. Mnamo 2016, SANZARO M et al. waliunganisha kigunduzi cha fotoni moja cha InGaAs APD na kipingamizi kilichojumuishwa cha monolithic, walibuni moduli ndogo ya kuhesabu fotoni moja kulingana na kigunduzi, na kupendekeza njia ya mseto ya kuzima ambayo ilipunguza kwa kiasi kikubwa chaji ya maporomoko ya theluji, na hivyo kupunguza mtagusano wa baada ya mapigo na macho, na kupunguza mtetemo wa muda hadi ps 70. Wakati huo huo, vikundi vingine vya utafiti pia vimefanya utafiti kuhusu InGaAs APDkigunduzi cha pichaKigunduzi cha fotoni kimoja. Kwa mfano, Princeton Lightwave imebuni kigunduzi cha fotoni kimoja cha InGaAs/InPAPD chenye muundo wa sayari na kukiweka katika matumizi ya kibiashara. Taasisi ya Fizikia ya Ufundi ya Shanghai ilijaribu utendaji wa kigunduzi cha fotoni kimoja cha APD kwa kutumia kuondolewa kwa amana za zinki na hali ya mapigo ya lango yenye uwiano wa capacitive yenye hesabu nyeusi ya mapigo ya 3.6 × 10 ⁻⁴/ns kwa masafa ya mapigo ya 1.5 MHz. Joseph P na wenzake walibuni muundo wa mesa wa kigunduzi cha fotoni kimoja cha InGaAs APD chenye bandpeg pana, na walitumia InGaAsP kama nyenzo ya safu ya kunyonya ili kupata hesabu ndogo ya giza bila kuathiri ufanisi wa kugundua.

Hali ya uendeshaji ya kigunduzi cha picha cha InGaAs APD cha fotoni moja ni hali ya uendeshaji huru, yaani, kigunduzi cha picha cha APD kinahitaji kuzima mzunguko wa pembeni baada ya kutokea kwa maporomoko ya theluji, na kupona baada ya kuzima kwa muda. Ili kupunguza athari ya muda wa kuchelewesha kuzima, imegawanywa katika aina mbili: Moja ni kutumia mzunguko tulivu au unaofanya kazi ili kufikia kuzima, kama vile mzunguko unaofanya kazi unaotumiwa na R Thew, n.k. Mchoro (a), (b) ni mchoro uliorahisishwa wa mzunguko wa kielektroniki wa kudhibiti na unaofanya kazi wa kuzima na muunganisho wake na kigunduzi cha picha cha APD, ambacho kimetengenezwa kufanya kazi katika hali ya kukimbia iliyofungwa au huru, na kupunguza kwa kiasi kikubwa tatizo la baada ya mapigo ambalo halijatekelezwa hapo awali. Zaidi ya hayo, ufanisi wa kugundua katika 1550 nm ni 10%, na uwezekano wa baada ya mapigo hupunguzwa hadi chini ya 1%. Ya pili ni kutambua kuzima na kupona haraka kwa kudhibiti kiwango cha volteji ya upendeleo. Kwa kuwa haitegemei udhibiti wa maoni ya mapigo ya maporomoko ya theluji, muda wa kuchelewa wa kuzimwa hupunguzwa sana na ufanisi wa kugundua wa kigunduzi huboreshwa. Kwa mfano, LC Comandar na wenzake hutumia hali ya lango. Kigunduzi cha fotoni moja kilichowekwa lango kulingana na InGaAs/InPAPD kilitayarishwa. Ufanisi wa kugundua fotoni moja ulikuwa zaidi ya 55% kwa 1550 nm, na uwezekano wa baada ya mapigo wa 7% ulipatikana. Kwa msingi huu, Chuo Kikuu cha Sayansi na Teknolojia cha China kilianzisha mfumo wa liDAR kwa kutumia nyuzi za hali nyingi wakati huo huo pamoja na kigunduzi cha fotoni cha InGaAs APD cha hali huru. Vifaa vya majaribio vinaonyeshwa kwenye Mchoro (c) na (d), na ugunduzi wa mawingu ya tabaka nyingi yenye urefu wa kilomita 12 unagunduliwa kwa azimio la muda la s 1 na azimio la anga la mita 15.