ಏಕ ಫೋಟಾನ್ InGaAs ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್

ಏಕ ಫೋಟಾನ್InGaAs ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್

LiDAR ನ ತ್ವರಿತ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯೊಂದಿಗೆ, ದಿಬೆಳಕಿನ ಪತ್ತೆಸ್ವಯಂಚಾಲಿತ ವಾಹನ ಟ್ರ್ಯಾಕಿಂಗ್ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಕ್ಕೆ ಬಳಸುವ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ರೇಂಡಿಂಗ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಹೆಚ್ಚಿನ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಕಡಿಮೆ ಬೆಳಕಿನ ಪತ್ತೆ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿ ಬಳಸುವ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ನ ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆ ಮತ್ತು ಸಮಯ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ನಿಜವಾದ ಅಗತ್ಯಗಳನ್ನು ಪೂರೈಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಸಿಂಗಲ್ ಫೋಟಾನ್ ಬೆಳಕಿನ ಚಿಕ್ಕ ಶಕ್ತಿಯ ಘಟಕವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಸಿಂಗಲ್ ಫೋಟಾನ್ ಪತ್ತೆಯ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಕಡಿಮೆ ಬೆಳಕಿನ ಪತ್ತೆಯ ಅಂತಿಮ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ. InGaAs ನೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆAPD ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್, InGaAs APD ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ವೇಗ, ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆ ಮತ್ತು ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, IN-GAAS APD ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್ ಸಿಂಗಲ್ ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳ ಕುರಿತು ದೇಶ ಮತ್ತು ವಿದೇಶಗಳಲ್ಲಿ ಸರಣಿ ಸಂಶೋಧನೆಗಳನ್ನು ನಡೆಸಲಾಗಿದೆ.

ಇಟಲಿಯ ಮಿಲನ್ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯದ ಸಂಶೋಧಕರು ಮೊದಲು ಒಂದೇ ಫೋಟಾನ್‌ನ ಅಸ್ಥಿರ ನಡವಳಿಕೆಯನ್ನು ಅನುಕರಿಸಲು ಎರಡು ಆಯಾಮದ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿದರು.ಹಿಮಪಾತ ದ್ಯುತಿಶೋಧಕ1997 ರಲ್ಲಿ, ಮತ್ತು ಒಂದೇ ಫೋಟಾನ್ ಅವಲಾಂಚೆ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಅಸ್ಥಿರ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಸಂಖ್ಯಾತ್ಮಕ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು ನೀಡಿದರು. ನಂತರ 2006 ರಲ್ಲಿ, ಸಂಶೋಧಕರು MOCVD ಅನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಸಮತಲ ಜ್ಯಾಮಿತೀಯInGaAs APD ಫೋಟೋಡೆಕ್ಟರ್ಏಕ ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್, ಇದು ಪ್ರತಿಫಲಿತ ಪದರವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ಮತ್ತು ವೈವಿಧ್ಯಮಯ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್‌ನಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವ ಮೂಲಕ ಏಕ-ಫೋಟಾನ್ ಪತ್ತೆ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು 10% ಕ್ಕೆ ಹೆಚ್ಚಿಸಿತು. 2014 ರಲ್ಲಿ, ಸತು ಪ್ರಸರಣ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಸುಧಾರಿಸುವ ಮೂಲಕ ಮತ್ತು ಲಂಬ ರಚನೆಯನ್ನು ಅತ್ಯುತ್ತಮಗೊಳಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಏಕ-ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ 30% ವರೆಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪತ್ತೆ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಮತ್ತು ಸುಮಾರು 87 ps ನ ಟೈಮಿಂಗ್ ಜಿಟರ್ ಅನ್ನು ಸಾಧಿಸುತ್ತದೆ. 2016 ರಲ್ಲಿ, SANZARO M ಮತ್ತು ಇತರರು InGaAs APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಏಕಶಿಲೆಯ ಇಂಟಿಗ್ರೇಟೆಡ್ ರೆಸಿಸ್ಟರ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜಿಸಿದರು, ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಆಧರಿಸಿ ಕಾಂಪ್ಯಾಕ್ಟ್ ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಎಣಿಕೆಯ ಮಾಡ್ಯೂಲ್ ಅನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದರು ಮತ್ತು ಹೈಬ್ರಿಡ್ ಕ್ವೆಂಚ್ ವಿಧಾನವನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದರು, ಇದು ಹಿಮಪಾತದ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಿತು, ಇದರಿಂದಾಗಿ ನಂತರದ ಪಲ್ಸ್ ಮತ್ತು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಕ್ರಾಸ್‌ಸ್ಟಾಕ್ ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಿತು ಮತ್ತು ಟೈಮಿಂಗ್ ಜಿಟರ್ ಅನ್ನು 70 ps ಗೆ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಿತು. ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಇತರ ಸಂಶೋಧನಾ ಗುಂಪುಗಳು InGaAs APD ಯ ಬಗ್ಗೆ ಸಂಶೋಧನೆ ನಡೆಸಿವೆ.ಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ಏಕ ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಪ್ರಿನ್ಸ್‌ಟನ್ ಲೈಟ್‌ವೇವ್ InGaAs/InPAPD ಏಕ ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಸಮತಲ ರಚನೆಯೊಂದಿಗೆ ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದೆ ಮತ್ತು ಅದನ್ನು ವಾಣಿಜ್ಯ ಬಳಕೆಗೆ ತಂದಿದೆ. ಶಾಂಘೈ ಇನ್‌ಸ್ಟಿಟ್ಯೂಟ್ ಆಫ್ ಟೆಕ್ನಿಕಲ್ ಫಿಸಿಕ್ಸ್ 1.5 MHz ನ ಪಲ್ಸ್ ಆವರ್ತನದಲ್ಲಿ 3.6 × 10 ⁻⁴/ns ಪಲ್ಸ್‌ನ ಡಾರ್ಕ್ ಕೌಂಟ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಸತು ನಿಕ್ಷೇಪಗಳನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕುವುದು ಮತ್ತು ಕೆಪ್ಯಾಸಿಟಿವ್ ಬ್ಯಾಲೆನ್ಸ್ಡ್ ಗೇಟ್ ಪಲ್ಸ್ ಮೋಡ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಏಕ-ಫೋಟಾನ್ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸಿತು. ಜೋಸೆಫ್ ಪಿ ಮತ್ತು ಇತರರು ವಿಶಾಲವಾದ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಮೆಸಾ ರಚನೆ InGaAs APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಸಿಂಗಲ್ ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದರು ಮತ್ತು ಪತ್ತೆ ದಕ್ಷತೆಯ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರದಂತೆ ಕಡಿಮೆ ಡಾರ್ಕ್ ಎಣಿಕೆಯನ್ನು ಪಡೆಯಲು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರ ವಸ್ತುವಾಗಿ InGaAsP ಅನ್ನು ಬಳಸಿದರು.

InGaAs APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಸಿಂಗಲ್ ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ನ ಕಾರ್ಯಾಚರಣಾ ವಿಧಾನವು ಉಚಿತ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯ ವಿಧಾನವಾಗಿದೆ, ಅಂದರೆ, ಹಿಮಪಾತ ಸಂಭವಿಸಿದ ನಂತರ APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಬಾಹ್ಯ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಅನ್ನು ತಣಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸ್ವಲ್ಪ ಸಮಯದವರೆಗೆ ತಣಿಸಿದ ನಂತರ ಚೇತರಿಸಿಕೊಳ್ಳಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ತಣಿಸುವ ವಿಳಂಬ ಸಮಯದ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು, ಇದನ್ನು ಸರಿಸುಮಾರು ಎರಡು ವಿಧಗಳಾಗಿ ವಿಂಗಡಿಸಲಾಗಿದೆ: ಒಂದು ನಿಷ್ಕ್ರಿಯ ಅಥವಾ ಸಕ್ರಿಯ ತಣಿಸುವ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಅನ್ನು ಬಳಸುವುದು, ಉದಾಹರಣೆಗೆ R Thew ಬಳಸುವ ಸಕ್ರಿಯ ತಣಿಸುವ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್, ಇತ್ಯಾದಿ. ಚಿತ್ರ (a), (b) ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ನಿಯಂತ್ರಣ ಮತ್ತು ಸಕ್ರಿಯ ತಣಿಸುವ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಮತ್ತು APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಅದರ ಸಂಪರ್ಕದ ಸರಳೀಕೃತ ರೇಖಾಚಿತ್ರವಾಗಿದೆ, ಇದನ್ನು ಗೇಟೆಡ್ ಅಥವಾ ಫ್ರೀ ರನ್ನಿಂಗ್ ಮೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಕೆಲಸ ಮಾಡಲು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ, ಇದು ಹಿಂದೆ ಅರಿತುಕೊಳ್ಳದ ನಂತರದ ಪಲ್ಸ್ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಇದಲ್ಲದೆ, 1550 nm ನಲ್ಲಿ ಪತ್ತೆ ದಕ್ಷತೆಯು 10%, ಮತ್ತು ನಂತರದ ಪಲ್ಸ್‌ನ ಸಂಭವನೀಯತೆಯು 1% ಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ. ಎರಡನೆಯದು ಬಯಾಸ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮಟ್ಟವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವ ಮೂಲಕ ವೇಗದ ತಣಿಸುವಿಕೆ ಮತ್ತು ಚೇತರಿಕೆಯನ್ನು ಅರಿತುಕೊಳ್ಳುವುದು. ಇದು ಹಿಮಪಾತ ನಾಡಿಯ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ನಿಯಂತ್ರಣವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿಲ್ಲದ ಕಾರಣ, ತಣಿಸುವ ವಿಳಂಬ ಸಮಯ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ನ ಪತ್ತೆ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, LC ಕೊಮಂಡರ್ ಮತ್ತು ಇತರರು ಗೇಟೆಡ್ ಮೋಡ್ ಅನ್ನು ಬಳಸುತ್ತಾರೆ. InGaAs/InPAPD ಆಧಾರಿತ ಗೇಟೆಡ್ ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಸಿದ್ಧಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಪತ್ತೆ ದಕ್ಷತೆಯು 1550 nm ನಲ್ಲಿ 55% ಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿತ್ತು ಮತ್ತು 7% ನಂತರದ ಪಲ್ಸ್ ಸಂಭವನೀಯತೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲಾಯಿತು. ಈ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, ಚೀನಾದ ವಿಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾಲಯವು ಫ್ರೀ-ಮೋಡ್ InGaAs APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಏಕಕಾಲದಲ್ಲಿ ಮಲ್ಟಿ-ಮೋಡ್ ಫೈಬರ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು liDAR ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಸ್ಥಾಪಿಸಿತು. ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಉಪಕರಣಗಳನ್ನು ಚಿತ್ರ (ಸಿ) ಮತ್ತು (ಡಿ) ನಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ, ಮತ್ತು 12 ಕಿಮೀ ಎತ್ತರವಿರುವ ಬಹು-ಪದರದ ಮೋಡಗಳ ಪತ್ತೆಹಚ್ಚುವಿಕೆಯನ್ನು 1 ಸೆಕೆಂಡ್ ಸಮಯ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ಮತ್ತು 15 ಮೀ ಪ್ರಾದೇಶಿಕ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಅರಿತುಕೊಳ್ಳಲಾಗುತ್ತದೆ.