Recently, the University of Science and Technology of China, Zhang Jun and other joint Nanjing University, Lu Hai, Zhang Rong team in the direction of the ultraviolet band single-photon LIDAR has made new progress, through the design and preparation of single-photon avalanche photodiode based on 4H-SiC material, the development of active quenching active recovery readout circuit technology, developed a practical value of the ultraviolet semiconductor Detektor s jednim fotonom, koristeći detektor prvi put da realizira jednofotonski diferencijalna apsorpcija ozonskog lidarskog sustava, i ostvaruje nadzor koncentracije ozona u rasponu nadmorske visine od 1 ~ 3,5 km.
UV tehnologija otkrivanja jednofotona igra važnu ulogu u scenarijima primjene kao što su atmosferski praćenje, otkrivanje plamena repa, otkrivanje električnog luka i upozorenje o vatri. Fotomultiplikarnije cijevi su tradicionalni uređaji za detektor s jednofotonom u UV opsegu, ali imaju nedostatke niske osjetljivosti, kratkog životnog vijeka, osjetljivosti na magnetsko polje itd., I ne mogu raditi stabilno dugo vremena u teškim okruženjima (visoka temperatura, vibracije, snažno zračenje). Suprotno tome, širokopojasni poluvodički 4H-SIC materijal, karakteriziran visokom toplinskom vodljivošću, visokim otpornošću na zračenje, visoka brzina pomicanja zasićenja elektronom i stabilne performanse, ima značajne prednosti materijalnih performansi u razvoju novih ultraljubičastog semihotonskih detektora. Međutim, već dugo vremena, indeks performansi pojedinačnih fotonskih detektora na temelju ovog materijala je loš, posebno je učinkovitost detekcije vrlo niska, a tamna brzina brojanja vrlo visoka, što čini da ova vrsta detektora jednog fotona nema praktičnu vrijednost.
Posljednjih godina, tim sa Sveučilišta za znanost i tehnologiju Kine (USTC) i Sveučilišta Nanjing (NU) napravio je niz proboja u zajedničkom istraživanju ultraljubičastog semikotonskih detektora.2023, tim je optimizirao novog propuštenog tečaja i procesa pripremljenog voska 4H-SIC-ALOD-a. Tehnologija kruga, a prvi put je razvila minijaturizirani 4H-SIC jednofotonski prototip praktične vrijednosti, koji je prvi put korišten kao prototip. Prototip detektora s jednim fotonom s učinkovitošću detekcije od 10,3% i tamnom stopom od 133 kcps u pojasu 266 nm [Rev. Sci. Instrum. 94, 033101 (2023)]. Od tada, istraživački tim koristio je detektor kako bi demonstrirao prvi jedno-pikselni eksperiment s jednofotonskim snimanjem u ultraljubičastom (UV) pojasu, postižući jednofotonski snimanje s rezolucijom slikovne rezolucije od 192 × 192 piksela i brzinom okvira od 4 FP-a pri primljenom intenzitetu svjetlosti.
Sl. 1. (a) 4H-SIC jednofotonska struktura fotodioda lavina; (b) Aktivno gašenje aktivnog kruga očitavanja oporavka
Na temelju toga, istraživački tim nastavio je raditi na indeksu uspješnosti 4H-SIC-ovih jednofotonskih detektora. S jedne strane, učinkovitost detekcije jednog fotona na uređaju poboljšana je iterativnim optimiziranjem 4H-SIC jednofotonske strukture fotodioda i postupka; S druge strane, razvijen je nova vrsta aktivnog pokretanja aktivnog oporavka za 4H-SIC jednofotonski uređaj Avalanche Photodiode, koji je učinkovito potisnuo vjerojatnost da je detektor unatrag i značajno poboljšao stopu broja zasićenja u isto vrijeme. Nakon karakterizacije, novi detektor ima učinkovitost detekcije od 16,6% u pojasu od 266 nm, tamnu stopu brojanja od 138kcps, vjerojatnost nakon impulsa od 2,7%, i brzina broja zasićenja od 13MCPS, koji u osnovi ispunjava zahtjeve za izvedbu jednofotonskih dektora za UV jednofotonske aplikacije.
Istraživački tim prvi je put koristio detektor u jednofotonskom diferencijalnom apsorpcijskom sustavu ozonskog lidarskog sustava za provođenje povezanih aplikacija, sustav LiDAR će biti 289 nm i 316 nm pulsirao lasersku vertikalnu emisiju u atmosferu u isto vrijeme, zbog apsorpcije dviju valova lasera u dva valna duljina Dvije laserske brzine prigušenja signala mogu se obrnuto izvesti atmosferska koncentracija ozona na različitim visinama. Da bi se usporedili podaci, Echo signali su podijeljeni na dvije staze i otkriveni i invertirani s tradicionalnom fotomultiplikarskom cijevi i novim 4H-SIC detektorom s jednofotonom, a eksperimentalni rezultati pokazali su da su koncentracije koncentracije ozona u rasponu od 1 ~ 3,5 km bili visoko ushitirani. Gornji rad pruža visoko performanse i vrlo ekološki tolerantno praktično rješenje za jednofotonski lidar u UV pojasu.
Sl. 2. jednofotonski diferencijalna apsorpcija ozonskog lidarskog sustava. (a) shematski dijagram; (b) kontinuirano promatranje koncentracije ozona
