التطورات الحديثة في أجهزة الضوئيات الضوئية ذات الحساسية العالية

التطورات الحديثة فيحساسية عالية من الانهيار الجليخ الضوئي

درجة حرارة الغرفة حساسية عالية 1550 نانومتركاشف ثنائيات الضوئية

في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة (SWIR) ، تستخدم الثنائيات عالية السرعة عالية السرعة في الاتصالات الإلكترونية البصرية وتطبيقات LIDAR. ومع ذلك ، فإن الثنائي الضوئي الحالي للانهيار الجوي (APD) الذي يسيطر عليه INDIUM GALLIUM ARSENIC Avalanche Diode (Ingaas APD) كان محدودًا دائمًا بسبب ضوضاء تأين الاصطدام العشوائية لمواد منطقة المضاعف التقليدية ، والفوسفيد الإنديوم (INP) وألمنيوم الإنديوم ( inalas) ، مما أدى إلى انخفاض كبير في حساسية الجهاز. على مر السنين ، يبحث العديد من الباحثين بنشاط عن مواد أشباه الموصلات الجديدة التي تتوافق مع عمليات منصة INGAAS و INP البصرية الإلكترونية ولديها أداء ضوضاء التأين المؤين للغاية مماثل لمواد السيليكون السائبة.

يساعد كاشف ثنائيات الضوئية المبتكر 1550 نانومتر في تطوير أنظمة LIDAR

قام فريق من الباحثين في المملكة المتحدة والولايات المتحدة لأول مرة بتطوير حساسية فائقة عالية جدًا 1550 نانومتر APD (Avalanche PhotoDetector) ، وهو اختراق يعد بتحسين أداء أنظمة LIDAR وغيرها من التطبيقات الإلكترونية الأخرى.

توفر المواد الجديدة مزايا رئيسية

أبرز ما في هذا البحث هو الاستخدام المبتكر للمواد. اختار الباحثون GaassB كطبقة امتصاص و Algaassb كطبقة مضاعفة. يختلف هذا التصميم عن Ingaas/INP التقليدية ويجلب مزايا مهمة:

1. طبقة امتصاص GaASSB: لدى GAASSB معامل امتصاص مماثل لـ Ingaas ، ويكون الانتقال من طبقة امتصاص GAASSB إلى AlgaASSB (طبقة مضاعفة) أسهل ، مما يقلل من تأثير المصيدة وتحسين السرعة والامتصاص للجهاز.

2. طبقة مضاعفة algaassb: طبقة مضاعفة AlgaAssb متفوقة على طبقة INP و inalas المضاعفة التقليدية في الأداء. ينعكس بشكل أساسي في زيادة ارتفاع درجة حرارة الغرفة وعرض النطاق الترددي العالي والضوضاء الفائضة منخفضة للغاية.

مع مؤشرات الأداء الممتازة

الجديدAPD PhotoDetector(Avalanche PhotoDiode Detector) يقدم أيضًا تحسينات كبيرة في مقاييس الأداء:

1. مكسب فائق للغاية: تم تحقيق الربح المرتفع للغاية البالغ 278 في درجة حرارة الغرفة ، ومؤخراً قام الدكتور جين Xiao بتحسين تحسين الهيكل وعملية ، وزيادة الحد الأقصى إلى M = 1212.

2. ضوضاء منخفضة للغاية: تظهر ضوضاء زائدة منخفضة للغاية (F <3 ، كسب M = 70 ؛ F <4 ، كسب M = 100).

3. كفاءة كمية عالية: تحت الحد الأقصى للمكسب ، تكون الكفاءة الكمومية تصل إلى 5935.3 ٪. استقرار درجات الحرارة القوية: حساسية الانهيار عند درجة حرارة منخفضة حوالي 11.83 mV/k.

الشكل 1 الضوضاء الزائدة من APDأجهزة الكاشف الضوئيبالمقارنة مع الكاشف الضوئي APD الآخر

آفاق تطبيق واسعة

هذا APD الجديد له آثار مهمة على أنظمة LIDAR وتطبيقات الفوتون:

1. نسبة الإشارة إلى الضوضاء المحسنة: تحسن خصائص المكاسب العالية والضوضاء المنخفضة بشكل كبير من نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات في البيئات الفقيرة الفوتون ، مثل مراقبة غازات الدفيئة.

2. التوافق القوي: تم تصميم الكشف الضوئي APD الجديد (Avalanche PhotoDetic) ليكون متوافقًا مع منصات إلكترونيات البصرية الحالية للفيفوس (INP) ، مما يضمن تكاملًا سلسًا مع أنظمة الاتصالات التجارية الحالية.

3. الكفاءة التشغيلية العالية: يمكن أن تعمل بكفاءة في درجة حرارة الغرفة دون آليات تبريد معقدة ، مما يؤدي إلى تبسيط النشر في التطبيقات العملية المختلفة.

يمثل تطوير هذا الكشف الضوئي الجديد الذي تبلغ مساحته 1550 نانومتر APD (الكاشف الضوئي Avalanche) اختراقًا كبيرًا في هذا المجال ، ويعالج القيود الرئيسية المرتبطة بالضوضاء الزائدة واكتساب منتجات النطاق الترددي في كاشف PhotoDetic التقليدي (Avalanche PhotoDector). من المتوقع أن يعزز هذا الابتكار قدرات أنظمة LIDAR ، وخاصة في أنظمة LIDAR غير المأهولة ، وكذلك الاتصالات المجانية.