Recentment, la Universitat de Ciències i Tecnologia de la Xina, Zhang Jun i altres Universitat conjunta de Nanjing, Lu Hai, Zhang Rong Team en direcció al LiDAR de la banda ultraviolada que ha fet un nou progrés, a través del disseny i la preparació del fotodiode d’avaluació d’un sol fotó basat en material 4H-SIC, el desenvolupament de la tecnologia de lectura activa de la recuperació activa, desenvolupat per un valor pràctic de l’ultraviolet Detector de fotons d’un fotó de semiconductors, que utilitza el detector per primera vegada per realitzar el sistema de lidar d’absorció diferencial d’un fotó i adonar-se del control de la concentració d’ozó en l’interval d’1 ~ 3,5 km.
La tecnologia de detecció d’un fotó UV té un paper important en els escenaris d’aplicacions com ara el seguiment atmosfèric, la detecció de flames de la cua, la detecció d’arc elèctric i l’avís d’incendis. Els tubs fotomultiplicadors són dispositius tradicionals de detector d’un fotó a la banda UV, però tenen els desavantatges de baixa sensibilitat, curta vida, sensibilitat al camp magnètic, etc., i no poden funcionar de manera estable durant un llarg període de temps en ambients durs (temperatura alta, vibració, radiació forta). En canvi, el material de 4H-SIC de semiconductor de banda ampla, caracteritzat per una alta conductivitat tèrmica, alta resistència a la radiació, alta velocitat de derivació de saturació d’electrons i rendiment estable, té avantatges significatius en el rendiment del material en el desenvolupament de nous detectors d’un sol fotó de semiconductors ultraviolats. Tanmateix, durant molt de temps, l’índex de rendiment de detectors d’un sol fotó basat en aquest material és deficient, especialment l’eficiència de detecció és molt baixa i la taxa de recompte fosca és molt elevada, cosa que fa que aquest tipus de detector de fotons d’un sol fotó no tingui cap valor pràctic.
En els darrers anys, un equip de la Universitat de Ciència i Tecnologia de la Xina (USTC) i la Nanjing University (NU) ha fet una sèrie de avenços en la investigació conjunta sobre detectors de fotons de fotó de semiconductors ultraviolats de la un sol photó de fotó de fotograf La tecnologia de circuits, i per primera vegada, va desenvolupar un prototip de detector de fotons mono-sic miniaturitzat de 4H-SIC de valor pràctic, que es va utilitzar com a prototip per primera vegada. Prototip de detector d’un fotó amb una eficiència de detecció del 10,3% i una taxa de recompte fosca de 133 KCPS a la banda de 266 nm [Rev. Sci. Instrum. 94, 033101 (2023)]. Des d’aleshores, l’equip de recerca ha utilitzat el detector per demostrar el primer experiment d’imatge d’un fotó d’un sol píxel a la banda ultraviolada (UV), aconseguint imatges d’un fotó únic amb una resolució d’imatge de 192 × 192 píxels i una velocitat de fotograma de 4 fps a una intensitat de llum rebuda d’uns 6 pw.
Fig. 1. (a) Estructura del fotodiode d'allaus d'un fotòche d'un fotó de 4H-sic; (b) Circuit de lectura activa de recuperació activa
Sobre aquesta base, l'equip de recerca ha continuat treballant en l'índex de rendiment de detectors de fotons d'un sol foto. D’una banda, l’eficiència de detecció d’un fotó d’un dispositiu s’ha millorat mitjançant l’optimització iterativament l’estructura i el procés de fotodiodes d’un fotòdi d’un fotòton de 4H-SIC; D'altra banda, s'ha desenvolupat un nou tipus de circuit de lectura de recobriment actiu actiu per al dispositiu de fotodiode de fotó de fotó 4H-SIC, que ha suprimit efectivament la probabilitat de polvoritzar el detector i ha millorat significativament la taxa de recompte de saturació alhora. Després de la caracterització, el nou detector té una eficiència de detecció del 16,6% a la banda de 266nm, una taxa de recompte fosca de 138kcps, una probabilitat post-polsera del 2,7% i una taxa de recompte de saturació de 13MCPS, que bàsicament compleix els requisits de rendiment dels detectors d’un sol fotó per a aplicacions LIDAR d’un sol fotó UV.
L’equip d’investigació va utilitzar el detector per primera vegada en el sistema d’absorció d’absorció d’absorció diferencial d’un fotó un sol fotó per dur a Mitjançant la comparació de la taxa d’atenuació del senyal d’eco làser es pot realitzar inversament la concentració atmosfèrica d’ozó a diferents altures. Per tal de comparar les dades, els senyals d’eco es van dividir en dos camins i es van detectar i es van invertir amb el tub fotomultiplicador tradicional i el nou detector de fotons únic de 4H-sic, respectivament, i els resultats experimentals van demostrar que les distribucions de concentració d’ozó en el rang d’1 ~ 3,5 km mitjançant els dos detectors eren altament coincidents amb les actuacions invertides. El treball anterior proporciona una solució pràctica d’alt rendiment i altament tolerant ambientalment per a LiDAR d’un sol fotó a la banda UV.
Fig. 2. Sistema de lidar d’absorció diferencial d’un fotó. (a) Diagrama esquemàtic; (b) Observació contínua de la concentració d'ozó
