ಏಕ ಫೋಟಾನ್ InGaAs ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್

ಏಕ ಫೋಟಾನ್InGaAs ಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್

LiDAR ನ ತ್ವರಿತ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯೊಂದಿಗೆ, ದಿಬೆಳಕಿನ ಪತ್ತೆಸ್ವಯಂಚಾಲಿತ ವಾಹನ ಟ್ರ್ಯಾಕಿಂಗ್ ಇಮೇಜಿಂಗ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಕ್ಕಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುವ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ಶ್ರೇಣಿಯ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಹೆಚ್ಚಿನ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಕಡಿಮೆ ಬೆಳಕಿನ ಪತ್ತೆ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿ ಬಳಸುವ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ನ ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆ ಮತ್ತು ಸಮಯದ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ನಿಜವಾದ ಅಗತ್ಯಗಳನ್ನು ಪೂರೈಸುವುದಿಲ್ಲ. ಏಕ ಫೋಟಾನ್ ಬೆಳಕಿನ ಚಿಕ್ಕ ಶಕ್ತಿಯ ಘಟಕವಾಗಿದೆ, ಮತ್ತು ಏಕ ಫೋಟಾನ್ ಪತ್ತೆಹಚ್ಚುವಿಕೆಯ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಕಡಿಮೆ ಬೆಳಕಿನ ಪತ್ತೆಯ ಅಂತಿಮ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ. InGaA ಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆಎಪಿಡಿ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್, InGaAs APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಆಧಾರಿತ ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ವೇಗ, ಸೂಕ್ಷ್ಮತೆ ಮತ್ತು ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, IN-GAAS APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಸಿಂಗಲ್ ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ಗಳ ಕುರಿತು ಸಂಶೋಧನೆಗಳ ಸರಣಿಯನ್ನು ದೇಶ ಮತ್ತು ವಿದೇಶಗಳಲ್ಲಿ ನಡೆಸಲಾಗಿದೆ.

ಇಟಲಿಯ ಮಿಲನ್ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾನಿಲಯದ ಸಂಶೋಧಕರು ಒಂದೇ ಫೋಟಾನ್‌ನ ಅಸ್ಥಿರ ನಡವಳಿಕೆಯನ್ನು ಅನುಕರಿಸಲು ಎರಡು ಆಯಾಮದ ಮಾದರಿಯನ್ನು ಮೊದಲು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿದರು.ಹಿಮಪಾತದ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್1997 ರಲ್ಲಿ, ಮತ್ತು ಒಂದೇ ಫೋಟಾನ್ ಅವಲಾಂಚೆ ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಅಸ್ಥಿರ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಸಂಖ್ಯಾತ್ಮಕ ಸಿಮ್ಯುಲೇಶನ್ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು ನೀಡಿತು. ನಂತರ 2006 ರಲ್ಲಿ, ಸಂಶೋಧಕರು ಪ್ಲ್ಯಾನರ್ ಜ್ಯಾಮಿತೀಯವನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು MOCVD ಅನ್ನು ಬಳಸಿದರುInGaAs APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ಸಿಂಗಲ್ ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್, ಇದು ಪ್ರತಿಫಲಿತ ಪದರವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವ ಮೂಲಕ ಮತ್ತು ವೈವಿಧ್ಯಮಯ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್‌ನಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವ ಮೂಲಕ ಏಕ-ಫೋಟಾನ್ ಪತ್ತೆ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು 10% ಗೆ ಹೆಚ್ಚಿಸಿತು. 2014 ರಲ್ಲಿ, ಸತು ಪ್ರಸರಣ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಸುಧಾರಿಸುವ ಮೂಲಕ ಮತ್ತು ಲಂಬವಾದ ರಚನೆಯನ್ನು ಉತ್ತಮಗೊಳಿಸುವ ಮೂಲಕ, ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ 30% ವರೆಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪತ್ತೆ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಮತ್ತು ಸುಮಾರು 87 ps ಸಮಯದ ಜಿಟ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಸಾಧಿಸುತ್ತದೆ. 2016 ರಲ್ಲಿ, SANZARO M et al. ಏಕಶಿಲೆಯ ಇಂಟಿಗ್ರೇಟೆಡ್ ರೆಸಿಸ್ಟರ್‌ನೊಂದಿಗೆ InGaAs APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸಲಾಗಿದೆ, ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ನ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಕಾಂಪ್ಯಾಕ್ಟ್ ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಎಣಿಕೆ ಮಾಡ್ಯೂಲ್ ಅನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದೆ ಮತ್ತು ಹೈಬ್ರಿಡ್ ಕ್ವೆಂಚ್ ವಿಧಾನವನ್ನು ಪ್ರಸ್ತಾಪಿಸಿದೆ, ಇದು ಹಿಮಪಾತದ ಚಾರ್ಜ್ ಅನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಪೋಸ್ಟ್-ಪಲ್ಸ್ ಮತ್ತು ಆಪ್ಟಿಕಲ್ ಕ್ರಾಸ್‌ಟಾಕ್ ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಟೈಮಿಂಗ್ ಜಿಟ್ಟರ್ ಅನ್ನು 70 ಪಿಎಸ್‌ಗೆ ಇಳಿಸುವುದು. ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಇತರ ಸಂಶೋಧನಾ ಗುಂಪುಗಳು InGaAs APD ಯಲ್ಲಿ ಸಂಶೋಧನೆಯನ್ನು ನಡೆಸಿವೆಫೋಟೋ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ಏಕ ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಪ್ರಿನ್ಸ್‌ಟನ್ ಲೈಟ್‌ವೇವ್ InGaAs/InPAPD ಸಿಂಗಲ್ ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಸಮತಲ ರಚನೆಯೊಂದಿಗೆ ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದೆ ಮತ್ತು ಅದನ್ನು ವಾಣಿಜ್ಯ ಬಳಕೆಗೆ ತಂದಿದೆ. ಶಾಂಘೈ ಇನ್‌ಸ್ಟಿಟ್ಯೂಟ್ ಆಫ್ ಟೆಕ್ನಿಕಲ್ ಫಿಸಿಕ್ಸ್ 1.5 MHz ನ ನಾಡಿ ಆವರ್ತನದಲ್ಲಿ 3.6 × 10 ⁻⁴/ns ಪಲ್ಸ್‌ನ ಡಾರ್ಕ್ ಎಣಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ ಸತು ನಿಕ್ಷೇಪಗಳನ್ನು ಮತ್ತು ಕೆಪ್ಯಾಸಿಟಿವ್ ಬ್ಯಾಲೆನ್ಸ್ಡ್ ಗೇಟ್ ಪಲ್ಸ್ ಮೋಡ್ ಅನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕುವ ಮೂಲಕ APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನ ಏಕ-ಫೋಟಾನ್ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಪರೀಕ್ಷಿಸಿದೆ. ಜೋಸೆಫ್ ಪಿ ಮತ್ತು ಇತರರು. ಮೆಸಾ ರಚನೆಯನ್ನು InGaAs APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಸಿಂಗಲ್ ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ವಿಶಾಲವಾದ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್‌ನೊಂದಿಗೆ ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಪತ್ತೆ ದಕ್ಷತೆಯ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರದಂತೆ ಕಡಿಮೆ ಡಾರ್ಕ್ ಎಣಿಕೆಯನ್ನು ಪಡೆಯಲು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಪದರದ ವಸ್ತುವಾಗಿ InGaAsP ಅನ್ನು ಬಳಸಿದೆ.

InGaAs APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಸಿಂಗಲ್ ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್‌ನ ಆಪರೇಟಿಂಗ್ ಮೋಡ್ ಉಚಿತ ಆಪರೇಟಿಂಗ್ ಮೋಡ್ ಆಗಿದೆ, ಅಂದರೆ, ಹಿಮಪಾತ ಸಂಭವಿಸಿದ ನಂತರ APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಬಾಹ್ಯ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಅನ್ನು ತಣಿಸುವ ಅಗತ್ಯವಿದೆ ಮತ್ತು ಸ್ವಲ್ಪ ಸಮಯದವರೆಗೆ ತಣಿಸಿದ ನಂತರ ಚೇತರಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಕ್ವೆನ್ಚಿಂಗ್ ವಿಳಂಬ ಸಮಯದ ಪ್ರಭಾವವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು, ಅದನ್ನು ಸರಿಸುಮಾರು ಎರಡು ವಿಧಗಳಾಗಿ ವಿಂಗಡಿಸಲಾಗಿದೆ: ಒಂದು ನಿಷ್ಕ್ರಿಯ ಅಥವಾ ಸಕ್ರಿಯ ಕ್ವೆನ್ಚಿಂಗ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಅನ್ನು ಕ್ವೆನ್ಚಿಂಗ್ ಸಾಧಿಸಲು ಬಳಸುವುದು, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಆರ್ ಥೆವ್ ಬಳಸುವ ಸಕ್ರಿಯ ಕ್ವೆನ್ಚಿಂಗ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್, ಇತ್ಯಾದಿ. ಚಿತ್ರ (ಎ) , (b) ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ನಿಯಂತ್ರಣ ಮತ್ತು ಸಕ್ರಿಯ ಕ್ವೆನ್ಚಿಂಗ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್‌ನ ಸರಳೀಕೃತ ರೇಖಾಚಿತ್ರವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್‌ನೊಂದಿಗಿನ ಅದರ ಸಂಪರ್ಕವನ್ನು ಗೇಟೆಡ್ ಅಥವಾ ಫ್ರೀ ರನ್ನಿಂಗ್ ಮೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಕೆಲಸ ಮಾಡಲು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ, ಇದು ಹಿಂದೆ ಅವಾಸ್ತವಿಕವಾದ ನಂತರದ ನಾಡಿ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಇದಲ್ಲದೆ, 1550 nm ನಲ್ಲಿ ಪತ್ತೆ ದಕ್ಷತೆಯು 10%, ಮತ್ತು ನಂತರದ ನಾಡಿ ಸಂಭವನೀಯತೆಯು 1% ಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ. ಎರಡನೆಯದು ಬಯಾಸ್ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮಟ್ಟವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವ ಮೂಲಕ ವೇಗದ ತಣಿಸುವ ಮತ್ತು ಚೇತರಿಕೆಯನ್ನು ಅರಿತುಕೊಳ್ಳುವುದು. ಇದು ಹಿಮಪಾತದ ನಾಡಿನ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ನಿಯಂತ್ರಣವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿಲ್ಲವಾದ್ದರಿಂದ, ತಣಿಸುವಿಕೆಯ ವಿಳಂಬ ಸಮಯವು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ನ ಪತ್ತೆ ದಕ್ಷತೆಯು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, LC ಕಮಾಂಡರ್ ಮತ್ತು ಇತರರು ಗೇಟೆಡ್ ಮೋಡ್ ಅನ್ನು ಬಳಸುತ್ತಾರೆ. InGaAs/InPAPD ಆಧಾರಿತ ಗೇಟೆಡ್ ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಸಿದ್ಧಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಏಕ-ಫೋಟಾನ್ ಪತ್ತೆ ದಕ್ಷತೆಯು 1550 nm ನಲ್ಲಿ 55% ಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿತ್ತು ಮತ್ತು 7% ರ ನಂತರದ ನಾಡಿ ಸಂಭವನೀಯತೆಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಲಾಯಿತು. ಇದರ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, ಚೀನಾದ ವಿಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾನಿಲಯವು ಮಲ್ಟಿ-ಮೋಡ್ ಫೈಬರ್ ಅನ್ನು ಏಕಕಾಲದಲ್ಲಿ ಫ್ರೀ-ಮೋಡ್ InGaAs APD ಫೋಟೊಡೆಕ್ಟರ್ ಸಿಂಗಲ್-ಫೋಟಾನ್ ಡಿಟೆಕ್ಟರ್ ಅನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಲಿಡಾರ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಸ್ಥಾಪಿಸಿತು. ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಸಾಧನವನ್ನು ಚಿತ್ರ (ಸಿ) ಮತ್ತು (ಡಿ) ನಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ, ಮತ್ತು 12 ಕಿಮೀ ಎತ್ತರವಿರುವ ಬಹು-ಪದರದ ಮೋಡಗಳ ಪತ್ತೆಯನ್ನು 1 ಸೆ ಸಮಯದ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್ ಮತ್ತು 15 ಮೀ ಪ್ರಾದೇಶಿಕ ರೆಸಲ್ಯೂಶನ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಅರಿತುಕೊಳ್ಳಲಾಗುತ್ತದೆ.