Äskettäin Shi Yanlin Yunnanin yliopiston tiimin arvostelupaperi "Advances in near-infrared avalanche diode single-photon detectors" julkaistiin maailmanlaajuisessa huippuluokan kattavassa tutkimuslehdessä Chip. Tässä tarkasteluasiakirjassa esitellään lähi-infrapuna-yhden fotonin ilmaisimien kehittämistä.
Viime vuosina yhden fotonin havaitsemistekniikka on osoittanut laajat sovellusnäkymät monilla aloilla, kuten kvanttiturvallisessa viestinnässä, kvanttilaskennassa, tekoälyssä ja sotilaallisessa havaitsemisessa, mikä tekee yhden fotonin ilmaisimista nykyisen tutkimuspisteen.
Fotonit imeytyvät tuottamaan reikä-elektronipareja, ja reiät tulevat kertoalueelle sähkökentän ulkopuolella lumivyöryjen lisääntymisen laukaisemiseksi.
Puolijohdevyörydiodien ilmaisimilla on sisäinen lumivyöryvoitto, nopea vaste, pieni koko, alhaiset kustannukset ja helppo integrointi. Ne voivat saavuttaa noin -40 ° C: n käyttölämpötilan puolijohdejäähdytyksen avulla, mikä tekee niistä paremman valinnan yhden fotoni-ilmaisimille. Niiden joukossa InP / InGaAs-lähi-infrapuna-yksifoni-ilmaisin on tällä hetkellä kypsin lähi-infrapuna-lumivyörydioksidin yhden fotonin ilmaisin. Sen yksiputkinen ja ryhmä on kaupallistettu tuotteita. Tärkeimmät suorituskykyindikaattorit ovat: yhden fotonin tunnistus miinus 40 ° C: ssa Tehokkuus ylittää 30%, tumma määrä on alle 10 kHz, pulssin jälkeinen todennäköisyys on alle 5%, ajan värinä on alle 100ps ja suurin laskentanopeus ylittää 100 MHz. Polttovälin keskitason keskietäisyys on 50um, ja matriisin koko on 256×128. Kolmiulotteiseen kuvantamiseen voidaan käyttää kahta kuvantamismenetelmää, fotonilaskentaa ja fotonin ajoitusta. Tällä hetkellä kotimaassa ja ulkomailla kehitetään yhden fotonin polttotason ryhmiä, joissa on pienempi keskietäisyys (25 mikronia) ja suuremmat tekniset tiedot (320×256 koko tai suurempi). InP/InGaAs-lähi-infrapuna-yhden fotoninilmaisimen tuotteiden syntyminen ja uusi edistyminen tarjoavat mahdollisuuden tällaisten ilmaisimien laajamittaiseen käyttöön.
Yksittäisten fotoni-ilmaisimien kehityssuunta
Tällä hetkellä yhden fotoni-ilmaisimen kehittäminen etenee pääasiassa nopeasti kahta polkua pitkin: yksi polku on jatkuvasti optimoida olemassa olevien InP / InGaAs SPAD-laitteiden suorituskyky pienempiin tummiin lukuihin, alhaisempiin jälkipulsseihin, korkeampiin laskentanopeuksiin ja enemmän korkeaan työlämpötilaan ja muihin suuntiin. Haasteena on, että kertokerroksen materiaalivirheet johtavat suuriin pulssin jälkeisiin vaikutuksiin, pitkiin kuolleisiin aikoihin (aika ilman lumivyöryjä) ja pienempiin laskentanopeuksiin. Nykyisillä teknisillä keinoilla on tiettyjä keskinäisiä rajoituksia: pulssin jälkeisen pulssin vähentämiseksi vähentämällä lumivyöryvarauksen määrää, mikä johtaa alhaisen havaitsemistehokkuuden ongelmaan; pidentämällä kuollutta aikaa se johtaa alhaisen laskentamäärän ongelmaan; lisäämällä lämpötilaa, ansastus vähenee. Kantajien käyttöikä johtaa korkean pimeän määrän ongelmaan. Olemassa oleva ratkaisu on käyttää integroitujen sammutuspiirien kehittämistä loiskapsian ja pulssin jälkeisen pulssin minimoimiseksi ja samalla moninkertaistamiskerrosmateriaalien kasvun laadun parantamiseksi edelleen.
Yksittäisten fotoni-ilmaisimien suorituskyvyn optimointi ja käyttö ovat erottamattomia sammutuspiirien tuesta. Toisaalta sammutuspiirin on pysäytettävä lumivyöry ajoissa, ja toisaalta sen on myös vaimennettava laitteen ja piirin melu jne., Jotta lumivyörysignaali saadaan esiin etukäteen. Tällä hetkellä integroimalla itse laitteen sammutusvastuksen tai mahdollisen esteen, ulkoisten sammutuspiirien monoliittisen integroinnin ja sinimuotoisten gating- ja erilaisten sammutuspiirien yhdistelmän avulla laitteen tumma määrä ja pulssin jälkeinen pulssi vähenevät merkittävästi, ja laite paranee. laskentaprosenttia.
SPAD-pohjaisten yhden fotoni-ilmaisimen toimintaperiaate.
Toinen tapa on löytää lupaavampia uusia materiaaleja ja uusia mekanismilaitteita. Valtavien sovellusvaatimusten stimuloimana uudet materiaalit, kuten matalan k-kertoimen perustuva hiljainen materiaalikehitys, matalaulotteisiin materiaaleihin perustuva aallonpituuslaajennus, ionisaatiokeräystekniikkaan perustuva melunvaimennus ja pieniulotteisten materiaalien ballistiseen kuljetukseen perustuva korkean voiton moninkertaistuminen, laitteet, joissa on uusia mekanismeja, ovat syntyneet, ja näiden uusien teknologioiden kehittäminen on avannut uusia suuntia yksifotonisten ilmaisimien melun vähentämiseksi edelleen, signaalin ja kohinan välisten suhteiden parantaminen, aallonpituuksien pidentäminen ja laitteen käyttöolosuhteiden parantaminen.
Lähi-infrapuna-yhden fotoninilmaisimien tärkeät sovellusalueet
Lähi-infrapuna-yhden fotonin ilmaisimilla on fotonin havaitsemisen äärimmäinen herkkyys, ja niiden työkaistat ovat perinteisten optisten kuitujen käyttämiä pääkaistoja ja ovat myös silmäturvallisia kaistoja. Ajamisella, 3D-kuvantamisella, heikolla signaalintunnistuksella ja muilla aloilla on tärkeitä sovelluksia.
Kun lasertutka käyttää 1550 nm:n laseria päästövalonlähteenä ihmissilmän turvallisuuden vuoksi, voidaan ihmissilmän turvallisuuden vuoksi käyttää suurempitehoista laseria, jotta se voi havaita pidemmän etäisyyden, jotta se voi havaita pidemmän etäisyyden, niin että virran havaitsemisetäisyys on 100 metristä 200 metriin ja valo, jonka aallonpituus on 1550 nm, on Luonnonvaloympäristössä on puhtaampaa taustamelua, jolla on suuri merkitys miehittämättömän tai ajoneuvoon asennetun lidarin soveltamisessa. On odotettavissa, että 1550 nm: n yhden fotoni-ilmaisimen kehittäminen edistää merkittävästi miehittämättömien ja lidar-teknologioiden nopeaa kehitystä.
Tässä asiakirjassa esitellään yhden fotoni-ilmaisintekniikan ja siihen liittyvien inP / InGaA- pohjaisten uusien tekniikoiden kehittäminen, jonka tarkoituksena on auttaa lisäämään lähi-infrapuna-yhden fotoni-ilmaisimen ymmärtämistä ja ymmärtämistä, laajentamaan niiden sovelluksia ja tarjoamaan suorituskyvyn parantamista ja kehittämistä edelleen. katso.
GMKJ Technology on syvästi sitoutunut terveellisiin ja älykkäisiin valonlähteisiin, tarjoten markkinoille täyden valikoiman ultravioletti-UVA UVB UVC LED-LED-led-valoja, infrapuna-LED VCSEL -tuotteita ja -ratkaisuja, ja sillä on satoja korkealaatuisia kumppaneita kotimaisilla ja ulkomaisilla markkinoilla edistämään yhdessä valoteknologian käyttöä terveellisen ja älykkään elämän luomiseksi. .
