Recently, the review paper "Advances in near-infrared avalanche diode single-photon detectors" by Shi Yanli's team of Yunnan University was published in the global cutting-edge comprehensive research journal Chip. This review paper presents the development of near-infrared single-photon detectors.
In den letzten Jahren hat die Einzel--Photonen-Erkennungstechnologie breite Anwendungsperspektiven in vielen Bereichen gezeigt, darunter quantensichere Kommunikation, Quantencomputing, künstliche Intelligenz und militärische Detektion, was Einzel--Photonen-Detektoren zu einem aktuellen Forschungs-Hotspot gemacht hat .
Photonen werden absorbiert, um Loch--Elektronenpaare zu erzeugen, und Löcher treten unter dem elektrischen Feld in den Vervielfachungsbereich ein, um eine Lawinenvervielfachung auszulösen.
Halbleiter-Avalanche-Dioden-Detektoren haben eine interne Avalanche-Verstärkung, eine schnelle Reaktion, eine geringe Größe, niedrige Kosten und eine einfache Integration. Sie können durch Halbleiterkühlung eine Arbeitstemperatur von etwa minus 40 Grad erreichen, was sie zu einer besseren Wahl für Einzel--Photonen-Detektoren macht. Darunter ist der InP/InGaAs-Nah--Infrarot-Einzel--Photonendetektor der derzeit ausgereifteste Nah--Avalanche-Dioden-Einzel--Photonendetektor. Seine einzelne-Röhre und sein Array sind kommerzielle Produkte. Zu den wichtigsten Leistungsindikatoren gehören: Einzel--Photonenerkennung bei minus 40 Grad. Die Effizienz übersteigt 30 %, die Dunkelzählrate liegt unter 10 kHz, die Post--Wahrscheinlichkeit liegt unter 5 %, die Zeit Jitter ist kleiner als 100 ps und die maximale Zählrate übersteigt 100 MHz. Der Mittenabstand des Focal-Plane-Arrays beträgt 50 um und die Array-Größe 256 128. Zwei Bildgebungsverfahren, Photonenzählung und Photonen-Timing, können für die dreidimensionale Bildgebung verwendet werden. Gegenwärtig werden im In- und Ausland Einzel--Photonen-Focal-Plane-Arrays mit kleinerem Mittenabstand (25 Mikrometer) und größeren Spezifikationen (Größe 320256 oder mehr) entwickelt. Das Aufkommen und der neue Fortschritt von InP/InGaAs-Produkten für Einzelphotonendetektoren im-nahen Infrarot bieten die Möglichkeit für die Anwendung solcher Detektoren-in großem Maßstab.
Entwicklungsrichtung von Einzelphotonendetektoren
Gegenwärtig schreitet die Entwicklung von Einzel--Photonen-Detektoren hauptsächlich auf zwei Wegen schnell voran: Ein Weg besteht darin, die Leistung bestehender InP/InGaAs-SPADs kontinuierlich zu optimieren, hin zu kleineren Dark Counts, geringer nach --Pulsen , höhere Zählraten und mehr Hohe Arbeitstemperatur und andere Richtungen. Die Herausforderung besteht darin, dass Materialfehler in der Multiplikationsschicht zu großen Post--Effekten, langen Totzeiten (Zeit ohne Lawinen) und reduzierten Zählraten führen. Die derzeitigen technischen Mittel haben bestimmte gegenseitige Beschränkungen: um den Nach--Impuls zu reduzieren, indem die Menge der Lawinenladung reduziert wird, was zu dem Problem einer geringen Detektionseffizienz führt; durch Verlängerung der Totzeit führt dies zu dem Problem einer niedrigen Zählrate; durch Erhöhen der Temperatur wird das Einfangen reduziert. Die Lebensdauer der Träger führt zu dem Problem der hohen Dunkelzählrate. Die bestehende Lösung besteht darin, die Entwicklung integrierter Löschschaltungen zu nutzen, um parasitäre Kapazitäten und Nach--Pulse zu minimieren und gleichzeitig die Wachstumsqualität von Multiplikationsschichtmaterialien weiter zu verbessern.
Die Leistungsoptimierung und Anwendung von Einzelphotonendetektoren sind untrennbar mit der Unterstützung von Löschschaltungen verbunden. Einerseits muss die Löschschaltung die Lawine rechtzeitig stoppen, und andererseits muss sie auch das Rauschen von der Vorrichtung und der Schaltung usw. unterdrücken, um das Lawinensignal im Voraus hervorzubringen. Gegenwärtig werden durch die Integration von Löschwiderstand oder Potentialbarriere des Geräts selbst, durch die monolithische Integration externer Löschschaltungen und durch die Kombination von sinusförmigem Gating und verschiedenen Löschschaltungen die Dunkelzählung und der Nach--Puls von das Gerät deutlich reduziert und das Gerät verbessert. Zählrate.
Funktionsprinzip von SPAD--basierten Einzel--Photonen-Detektoren.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, vielversprechendere neue Materialien und neue Mechanismusvorrichtungen zu finden. Angeregt durch enorme Anwendungsanforderungen, neue Materialien wie z. B. rauscharme Materialentwicklung basierend auf niedrigem k--Faktor, Wellenlängenerweiterung basierend auf niedrig-dimensionalen Materialien, Rauschreduzierung basierend auf Ionisationsmultiplikationstechnik , und High-Gain-Multiplikation basierend auf ballistischem Transport von niedrig-dimensionalen Materialien, Geräte mit neuen Mechanismen sind entstanden, und die Entwicklung dieser neuen Technologien hat neue Richtungen für die weitere Reduzierung des Rauschens von Einzel- eröffnet. Photonendetektoren, Verbesserung der Signal--zu--Verhältnisse, Erweiterung der Wellenlängen und Verbesserung der Arbeitsbedingungen der Geräte.
Wichtige Anwendungsgebiete von Nah-infrarot-Einzel--Photonendetektoren
Nah-{0}}Infrarot-Einzel--Photonendetektoren haben die ultimative Empfindlichkeit der Photonenerkennung und ihre Arbeitsbänder sind die Hauptbänder, die von herkömmlichen Glasfasern verwendet werden, und sie sind auch augen-sichere Bänder. Fahren, 3D-Bildgebung, Erkennung schwacher Signale und andere Bereiche haben wichtige Anwendungen.
Wenn das Laserradar einen 1550-nm-Laser als Emissionslichtquelle verwendet, kann aufgrund der Sicherheit des menschlichen Auges ein Laser mit höherer Leistung verwendet werden, sodass eine größere Entfernung erkannt werden kann, sodass die aktuelle Erkennungsentfernung zwischen 100 m und 100 m liegt 200 m, und das Licht mit einer Wellenlänge von 1550 nm ist Die Umgebung mit natürlichem Licht hat ein saubereres Hintergrundrauschen, was für die Anwendung von unbemanntem oder fahrzeug-montiertem Lidar von großer Bedeutung ist. Es wird erwartet, dass die Entwicklung von 1550-nm-Einzel--Photonendetektoren die schnelle Entwicklung von unbemannten und Lidar-Technologien erheblich vorantreiben wird.
Dieses Dokument stellt die Entwicklung der Einzel--Photonen-Detektortechnologie und verwandter neuer Technologien auf der Basis von InP/InGaAs vor, mit dem Ziel, das Verständnis und Verständnis von Nah--Infrarot-Einzel--Photonen-Detektoren zu verbessern, erweitern ihre Anwendungen und sorgen für weitere Leistungsverbesserung und -entwicklung. beziehen auf.
GMKJ Technology beschäftigt sich intensiv mit gesunden und intelligenten Lichtquellen, versorgt den Markt mit einer vollständigen Palette von UVA-UVB-UVC-LED-, Infrarot-IR-LED-VCSEL-Produkten und -Lösungen und hat Hunderte von-hochqualitativen Partnern im In- und Ausland Märkte, um gemeinsam den Einsatz von Lichttechnologie zu fördern, um ein gesundes und intelligentes Leben zu schaffen. .
