ଏକକ ଫୋଟନ୍InGaAs ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର
LiDAR ର ଦ୍ରୁତ ବିକାଶ ସହିତ,ଆଲୋକ ଚିହ୍ନଟକରଣସ୍ୱୟଂଚାଳିତ ଯାନବାହନ ଟ୍ରାକିଂ ଇମେଜିଂ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ପାଇଁ ବ୍ୟବହୃତ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ଏବଂ ରେଞ୍ଜିଂ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟାର ମଧ୍ୟ ଅଧିକ ଆବଶ୍ୟକତା ଅଛି, ପାରମ୍ପରିକ କମ୍ ଆଲୋକ ଚିହ୍ନଟ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟାରେ ବ୍ୟବହୃତ ଡିଟେକ୍ଟରର ସମ୍ବେଦନଶୀଳତା ଏବଂ ସମୟ ରିଜୋଲ୍ୟୁସନ୍ ପ୍ରକୃତ ଆବଶ୍ୟକତା ପୂରଣ କରିପାରିବ ନାହିଁ। ଏକକ ଫୋଟନ୍ ହେଉଛି ଆଲୋକର ସବୁଠାରୁ କ୍ଷୁଦ୍ରତମ ଶକ୍ତି ଏକକ, ଏବଂ ଏକକ ଫୋଟନ୍ ଚିହ୍ନଟ କ୍ଷମତା ଥିବା ଡିଟେକ୍ଟର ହେଉଛି କମ୍ ଆଲୋକ ଚିହ୍ନଟର ଅନ୍ତିମ ଉପକରଣ। InGaAs ସହିତ ତୁଳନା କରାଯାଇଛି।APD ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର, InGaAs APD ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର ଉପରେ ଆଧାରିତ ସିଙ୍ଗଲ୍-ଫୋଟନ୍ ଡିଟେକ୍ଟରଗୁଡ଼ିକର ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ଗତି, ସମ୍ବେଦନଶୀଳତା ଏବଂ ଦକ୍ଷତା ଅଧିକ ଥାଏ। ତେଣୁ, ଦେଶ ଏବଂ ବିଦେଶରେ IN-GAAS APD ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର ସିଙ୍ଗଲ୍ ଫୋଟନ୍ ଡିଟେକ୍ଟର ଉପରେ ଏକ ଶୃଙ୍ଖଳା ଗବେଷଣା କରାଯାଇଛି।
ଇଟାଲୀର ମିଲାନ ବିଶ୍ୱବିଦ୍ୟାଳୟର ଗବେଷକମାନେ ପ୍ରଥମେ ଏକ ଫୋଟନର କ୍ଷଣସ୍ଥାୟୀ ଆଚରଣକୁ ଅନୁକରଣ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ଦ୍ୱି-ପରିମାଣୀୟ ମଡେଲ ବିକଶିତ କରିଥିଲେ।ହିମସ୍ଖଳନ ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର୧୯୯୭ ମସିହାରେ, ଏବଂ ଏକକ ଫୋଟନ୍ ଆସ୍କଲ୍ୟାଣ ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟରର କ୍ଷଣସ୍ଥାୟୀ ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟଗୁଡ଼ିକର ସଂଖ୍ୟାତ୍ମକ ସିମୁଲେସନ୍ ଫଳାଫଳ ଦେଇଥିଲେ। ତା'ପରେ ୨୦୦୬ ମସିହାରେ, ଗବେଷକମାନେ ଏକ ପ୍ଲାନାର ଜ୍ୟାମିତିକ ପ୍ରସ୍ତୁତ କରିବା ପାଇଁ MOCVD ବ୍ୟବହାର କରିଥିଲେInGaAs APD ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟରଏକକ ଫୋଟନ୍ ଡିଟେକ୍ଟର, ଯାହା ପ୍ରତିଫଳିତ ସ୍ତରକୁ ହ୍ରାସ କରି ଏବଂ ବିପରୀତ ଇଣ୍ଟରଫେସରେ ବୈଦ୍ୟୁତିକ କ୍ଷେତ୍ରକୁ ବୃଦ୍ଧି କରି ଏକକ-ଫୋଟନ୍ ଚିହ୍ନଟ ଦକ୍ଷତାକୁ 10% ବୃଦ୍ଧି କରିଥିଲା। 2014 ରେ, ଜିଙ୍କ୍ ପ୍ରସାରଣ ପରିସ୍ଥିତିକୁ ଆହୁରି ଉନ୍ନତ କରି ଏବଂ ଭୂଲମ୍ବ ଗଠନକୁ ଅପ୍ଟିମାଇଜ୍ କରି, ଏକକ-ଫୋଟନ୍ ଡିଟେକ୍ଟରର 30% ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ଅଧିକ ଚିହ୍ନଟ ଦକ୍ଷତା ଅଛି, ଏବଂ ପ୍ରାୟ 87 ps ର ସମୟ ଜିଟର ହାସଲ କରିଥାଏ। 2016 ରେ, SANZARO M ଏବଂ ଅନ୍ୟମାନେ InGaAs APD ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର ସିଙ୍ଗଲ୍-ଫୋଟନ୍ ଡିଟେକ୍ଟରକୁ ଏକ ମୋଲୋଲିଥିକ୍ ଇଣ୍ଟିଗ୍ରେଟେଡ୍ ରେଜିଷ୍ଟର ସହିତ ଏକୀକୃତ କରିଥିଲେ, ଡିଟେକ୍ଟର ଉପରେ ଆଧାରିତ ଏକ କମ୍ପାକ୍ଟ ସିଙ୍ଗଲ୍-ଫୋଟନ୍ କାଉଣ୍ଟିଂ ମଡ୍ୟୁଲ୍ ଡିଜାଇନ୍ କରିଥିଲେ, ଏବଂ ଏକ ହାଇବ୍ରିଡ୍ କ୍ୱେଞ୍ଚ ପଦ୍ଧତି ପ୍ରସ୍ତାବ କରିଥିଲେ ଯାହା ଆସ୍କଲ୍ୟାଣ ଚାର୍ଜକୁ ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଭାବରେ ହ୍ରାସ କରିଥିଲା, ଯାହା ଫଳରେ ପୋଷ୍ଟ-ପଲ୍ସ ଏବଂ ଅପ୍ଟିକାଲ୍ କ୍ରସଟଲ୍କକୁ ହ୍ରାସ କରିଥିଲା, ଏବଂ ସମୟ ଜିଟରକୁ 70 ps କୁ ହ୍ରାସ କରିଥିଲା। ସେହି ସମୟରେ, ଅନ୍ୟ ଗବେଷଣା ଗୋଷ୍ଠୀଗୁଡ଼ିକ ମଧ୍ୟ InGaAs APD ଉପରେ ଗବେଷଣା କରିଛନ୍ତି।ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟରସିଙ୍ଗଲ୍ ଫୋଟନ୍ ଡିଟେକ୍ଟର। ଉଦାହରଣ ସ୍ୱରୂପ, ପ୍ରିନ୍ସଟନ୍ ଲାଇଟୱେଭ୍ ପ୍ଲାନର୍ ଗଠନ ସହିତ InGaAs/InPAPD ସିଙ୍ଗଲ୍ ଫୋଟନ୍ ଡିଟେକ୍ଟର ଡିଜାଇନ୍ କରିଛି ଏବଂ ଏହାକୁ ବାଣିଜ୍ୟିକ ବ୍ୟବହାରରେ ରଖିଛି। ସାଂଘାଇ ଇନଷ୍ଟିଚ୍ୟୁଟ୍ ଅଫ୍ ଟେକ୍ନିକାଲ୍ ଫିଜିକ୍ସ ଜିଙ୍କ୍ ଡିପୋଜିଟ୍ ଅପସାରଣ ଏବଂ କ୍ୟାପାସିଟିଭ୍ ବାଲାନ୍ସଡ୍ ଗେଟ୍ ପଲ୍ସ ମୋଡ୍ ବ୍ୟବହାର କରି APD ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟରର ସିଙ୍ଗଲ୍-ଫୋଟନ୍ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ପରୀକ୍ଷା କରିଛି ଯାହାର ଡାର୍କ କାଉଣ୍ଟ 3.6 × 10 ⁻⁴/ns ପଲ୍ସ 1.5 MHz ପଲ୍ସ ଫ୍ରିକ୍ୱେନ୍ସିରେ ଅଛି। ଜୋସେଫ୍ ପି ଏବଂ ଅନ୍ୟମାନେ ମେସା ଗଠନ InGaAs APD ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର ସିଙ୍ଗଲ୍ ଫୋଟନ୍ ଡିଟେକ୍ଟରକୁ ବିସ୍ତୃତ ବ୍ୟାଣ୍ଡଗ୍ୟାପ୍ ସହିତ ଡିଜାଇନ୍ କରିଛନ୍ତି, ଏବଂ ଚିହ୍ନଟ ଦକ୍ଷତାକୁ ପ୍ରଭାବିତ ନକରି କମ୍ ଡାର୍କ କାଉଣ୍ଟ ପାଇବା ପାଇଁ InGaAsP କୁ ଶୋଷକ ସ୍ତର ସାମଗ୍ରୀ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରିଛନ୍ତି।
InGaAs APD ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର ସିଙ୍ଗଲ୍ ଫୋଟନ୍ ଡିଟେକ୍ଟରର ଅପରେଟିଂ ମୋଡ୍ ହେଉଛି ଫ୍ରି ଅପରେଟିଂ ମୋଡ୍, ଅର୍ଥାତ୍, APD ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟରକୁ ହିମସ୍ଖଳନ ପରେ ପେରିଫେରାଲ୍ ସର୍କିଟ୍ କୁ କ୍ୱିନ୍ କରିବାକୁ ପଡିବ ଏବଂ କିଛି ସମୟ ପାଇଁ କ୍ୱଞ୍ଚିଂ ପରେ ପୁନରୁଦ୍ଧାର କରିବାକୁ ପଡିବ। କ୍ୱଞ୍ଚିଂ ବିଳମ୍ବ ସମୟର ପ୍ରଭାବକୁ ହ୍ରାସ କରିବା ପାଇଁ, ଏହାକୁ ପ୍ରାୟ ଦୁଇ ପ୍ରକାରରେ ବିଭକ୍ତ କରାଯାଇଛି: ଗୋଟିଏ ହେଉଛି କ୍ୱଞ୍ଚିଂ ହାସଲ କରିବା ପାଇଁ ନିଷ୍କ୍ରିୟ କିମ୍ବା ସକ୍ରିୟ କ୍ୱଞ୍ଚିଂ ସର୍କିଟ୍ ବ୍ୟବହାର କରିବା, ଯେପରିକି R Thew ଦ୍ୱାରା ବ୍ୟବହୃତ ସକ୍ରିୟ କ୍ୱଞ୍ଚିଂ ସର୍କିଟ୍, ଇତ୍ୟାଦି। ଚିତ୍ର (a), (b) ହେଉଛି ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ ନିୟନ୍ତ୍ରଣ ଏବଂ ସକ୍ରିୟ କ୍ୱଞ୍ଚିଂ ସର୍କିଟ୍ ଏବଂ APD ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର ସହିତ ଏହାର ସଂଯୋଗର ଏକ ସରଳୀକୃତ ଚିତ୍ର, ଯାହାକୁ ଗେଟ୍ କିମ୍ବା ମୁକ୍ତ ଚାଲିବା ମୋଡ୍ ରେ କାମ କରିବା ପାଇଁ ବିକଶିତ କରାଯାଇଛି, ଯାହା ପୂର୍ବରୁ ଅବାସ୍ତବ ପୋଷ୍ଟ-ପଲ୍ସ ସମସ୍ୟାକୁ ଯଥେଷ୍ଟ ହ୍ରାସ କରିଥାଏ। ଅଧିକନ୍ତୁ, 1550 nm ରେ ଚିହ୍ନଟ ଦକ୍ଷତା 10%, ଏବଂ ପୋଷ୍ଟ-ପଲ୍ସର ସମ୍ଭାବନା 1% ରୁ କମ୍ ହୋଇଛି। ଦ୍ୱିତୀୟଟି ହେଉଛି ବାୟାସ୍ ଭୋଲଟେଜର ସ୍ତରକୁ ନିୟନ୍ତ୍ରଣ କରି ଦ୍ରୁତ କ୍ୱଞ୍ଚିଂ ଏବଂ ପୁନରୁଦ୍ଧାର ହାସଲ କରିବା। ଯେହେତୁ ଏହା ହିମସ୍ଲାଭନ ପଲ୍ସର ମତାମତ ନିୟନ୍ତ୍ରଣ ଉପରେ ନିର୍ଭର କରେ ନାହିଁ, ତେଣୁ କ୍ୱଞ୍ଚିଂର ବିଳମ୍ବ ସମୟ ଯଥେଷ୍ଟ ହ୍ରାସ ପାଏ ଏବଂ ଡିଟେକ୍ଟରର ଚିହ୍ନଟ ଦକ୍ଷତା ଉନ୍ନତ ହୁଏ। ଉଦାହରଣ ସ୍ୱରୂପ, LC କମାଣ୍ଡାର ଏବଂ ଅନ୍ୟମାନେ ଗେଟେଡ୍ ମୋଡ୍ ବ୍ୟବହାର କରନ୍ତି। InGaAs/InPAPD ଉପରେ ଆଧାରିତ ଏକ ଗେଟେଡ୍ ଏକକ-ଫୋଟନ୍ ଡିଟେକ୍ଟର ପ୍ରସ୍ତୁତ କରାଯାଇଥିଲା। 1550 nm ରେ ଏକକ-ଫୋଟନ୍ ଚିହ୍ନଟ ଦକ୍ଷତା 55% ରୁ ଅଧିକ ଥିଲା, ଏବଂ 7% ପୋଷ୍ଟ-ପଲସ୍ ସମ୍ଭାବନା ହାସଲ କରାଯାଇଥିଲା। ଏହି ଆଧାରରେ, ଚୀନର ବିଜ୍ଞାନ ଏବଂ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ବିଶ୍ୱବିଦ୍ୟାଳୟ ଏକ ଫ୍ରି-ମୋଡ୍ InGaAs APD ଫଟୋଡିଟେକ୍ଟର ଏକକ-ଫୋଟନ୍ ଡିଟେକ୍ଟର ସହିତ ଏକକାଳୀନ ମଲ୍ଟି-ମୋଡ୍ ଫାଇବର ବ୍ୟବହାର କରି ଏକ liDAR ସିଷ୍ଟମ ପ୍ରତିଷ୍ଠା କରିଥିଲା। ପରୀକ୍ଷାମୂଳକ ଉପକରଣ ଚିତ୍ର (c) ଏବଂ (d) ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି, ଏବଂ 12 କିଲୋମିଟର ଉଚ୍ଚତା ସହିତ ମଲ୍ଟି-ଲେୟର ମେଘର ଚିହ୍ନଟ 1 ସେକେଣ୍ଡର ସମୟ ରିଜୋଲ୍ୟୁସନ୍ ଏବଂ 15 ମିଟର ସ୍ଥାନିକ ରିଜୋଲ୍ୟୁସନ୍ ସହିତ ଅନୁଭବ କରାଯାଏ।
ପୋଷ୍ଟ ସମୟ: ମଇ-୦୭-୨୦୨୪