ហ្វូតុងតែមួយឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ InGaAs
ជាមួយនឹងការអភិវឌ្ឍយ៉ាងឆាប់រហ័សនៃ LiDAR បច្ចេកវិទ្យានេះ…ការរកឃើញពន្លឺបច្ចេកវិទ្យា និងបច្ចេកវិទ្យាវាស់ចម្ងាយដែលប្រើសម្រាប់បច្ចេកវិទ្យាថតរូបភាពតាមដានយានយន្តដោយស្វ័យប្រវត្តិក៏មានតម្រូវការខ្ពស់ជាងនេះដែរ ភាពរសើប និងគុណភាពបង្ហាញពេលវេលារបស់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាដែលប្រើក្នុងបច្ចេកវិទ្យារកឃើញពន្លឺទាបបែបប្រពៃណីមិនអាចបំពេញតម្រូវការជាក់ស្តែងបានទេ។ ហ្វូតុងតែមួយគឺជាឯកតាថាមពលតូចបំផុតនៃពន្លឺ ហើយឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាដែលមានសមត្ថភាពរកឃើញហ្វូតុងតែមួយគឺជាឧបករណ៍ចុងក្រោយនៃការរកឃើញពន្លឺទាប។ បើប្រៀបធៀបជាមួយ InGaAsឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ APDឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាហ្វូតុងតែមួយដែលផ្អែកលើឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាពន្លឺ InGaAs APD មានល្បឿនឆ្លើយតប ភាពរសើប និងប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ជាង។ ដូច្នេះ ការស្រាវជ្រាវជាបន្តបន្ទាប់លើឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាហ្វូតុងតែមួយរបស់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាពន្លឺ IN-GAAS APD ត្រូវបានអនុវត្តទាំងនៅក្នុងស្រុក និងនៅបរទេស។
ក្រុមអ្នកស្រាវជ្រាវមកពីសាកលវិទ្យាល័យមីឡាន ក្នុងប្រទេសអ៊ីតាលី បានបង្កើតគំរូពីរវិមាត្រដំបូង ដើម្បីក្លែងធ្វើឥរិយាបថបណ្ដោះអាសន្នរបស់ហ្វូតុងតែមួយ។ឧបករណ៍ចាប់រូបភាពព្រិលធ្លាក់នៅឆ្នាំ 1997 ហើយបានផ្តល់លទ្ធផលនៃការក្លែងធ្វើលេខនៃលក្ខណៈបណ្ដោះអាសន្ននៃឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺហ្វូតុងតែមួយ។ បន្ទាប់មកនៅឆ្នាំ 2006 អ្នកស្រាវជ្រាវបានប្រើ MOCVD ដើម្បីរៀបចំធរណីមាត្រប្លង់។ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ APD InGaAsឧបករណ៍ចាប់ហ្វូតុងតែមួយ ដែលបានបង្កើនប្រសិទ្ធភាពនៃការរកឃើញហ្វូតុងតែមួយដល់ 10% ដោយកាត់បន្ថយស្រទាប់ឆ្លុះបញ្ចាំង និងបង្កើនដែនអគ្គិសនីនៅចំណុចប្រសព្វមិនដូចគ្នា។ នៅឆ្នាំ 2014 ដោយការកែលម្អបន្ថែមទៀតនូវលក្ខខណ្ឌសាយភាយស័ង្កសី និងធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវរចនាសម្ព័ន្ធបញ្ឈរ ឧបករណ៍ចាប់ហ្វូតុងតែមួយមានប្រសិទ្ធភាពរកឃើញខ្ពស់ជាង រហូតដល់ 30% និងសម្រេចបាននូវភាពញ័រពេលវេលាប្រហែល 87 ps។ នៅឆ្នាំ 2016 SANZARO M et al. បានរួមបញ្ចូលឧបករណ៍ចាប់ហ្វូតុងតែមួយ APD របស់ឧបករណ៍ចាប់ហ្វូតុង InGaAs ជាមួយនឹងរេស៊ីស្តង់រួមបញ្ចូលគ្នា monolithic បានរចនាម៉ូឌុលរាប់ហ្វូតុងតែមួយតូចដោយផ្អែកលើឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា និងបានស្នើវិធីសាស្ត្រពន្លត់ចម្រុះដែលកាត់បន្ថយបន្ទុក avalanche យ៉ាងសំខាន់ ដោយហេតុនេះកាត់បន្ថយការឆ្លងកាត់ក្រោយជីពចរ និងអុបទិក និងកាត់បន្ថយភាពញ័រពេលវេលាដល់ 70 ps។ ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះ ក្រុមស្រាវជ្រាវផ្សេងទៀតក៏បានធ្វើការស្រាវជ្រាវលើ InGaAs APD ផងដែរ។ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺឧបករណ៍ចាប់ហ្វូតុងតែមួយ។ ឧទាហរណ៍ Princeton Lightwave បានរចនាឧបករណ៍ចាប់ហ្វូតុងតែមួយ InGaAs/InPAPD ដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធរាបស្មើ ហើយបានដាក់វាឱ្យប្រើប្រាស់ជាលក្ខណៈពាណិជ្ជកម្ម។ វិទ្យាស្ថានរូបវិទ្យាបច្ចេកទេសសៀងហៃបានសាកល្បងដំណើរការហ្វូតុងតែមួយរបស់ឧបករណ៍ចាប់ហ្វូតុង APD ដោយប្រើការដកយកស្រទាប់ស័ង្កសី និងរបៀបជីពចរច្រកទ្វារដែលមានតុល្យភាពសមត្ថភាពជាមួយនឹងចំនួនងងឹត 3.6 × 10⁻⁴/ns នៅប្រេកង់ជីពចរ 1.5 MHz។ Joseph P et al. បានរចនារចនាសម្ព័ន្ធ mesa ឧបករណ៍ចាប់ហ្វូតុងតែមួយ InGaAs APD ជាមួយនឹង bandgap ធំជាង ហើយបានប្រើ InGaAsP ជាសម្ភារៈស្រទាប់ស្រូបយកដើម្បីទទួលបានចំនួនងងឹតទាបដោយមិនប៉ះពាល់ដល់ប្រសិទ្ធភាពនៃការរកឃើញ។
របៀបប្រតិបត្តិការរបស់ឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ APD InGaAs photodetector single photodetector គឺជារបៀបប្រតិបត្តិការដោយសេរី ពោលគឺឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ APD ត្រូវការពន្លត់សៀគ្វីគ្រឿងកុំព្យូទ័របន្ទាប់ពីមានព្រិលធ្លាក់ ហើយងើបឡើងវិញបន្ទាប់ពីពន្លត់ក្នុងរយៈពេលមួយ។ ដើម្បីកាត់បន្ថយផលប៉ះពាល់នៃពេលវេលាពន្យារពេលពន្លត់ វាត្រូវបានបែងចែកជាពីរប្រភេទ៖ មួយគឺប្រើសៀគ្វីពន្លត់អកម្ម ឬសកម្មដើម្បីសម្រេចបាននូវការពន្លត់ ដូចជាសៀគ្វីពន្លត់សកម្មដែលប្រើដោយ R Thew ជាដើម។ រូបភាព (ក), (ខ) គឺជាដ្យាក្រាមសាមញ្ញនៃសៀគ្វីត្រួតពិនិត្យអេឡិចត្រូនិច និងសៀគ្វីពន្លត់សកម្ម និងការតភ្ជាប់របស់វាជាមួយឧបករណ៍ចាប់ពន្លឺ APD ដែលត្រូវបានបង្កើតឡើងដើម្បីដំណើរការក្នុងរបៀប gated ឬ free running ដែលកាត់បន្ថយបញ្ហា post-pulse ដែលមិនទាន់សម្រេចបានពីមុន។ លើសពីនេះ ប្រសិទ្ធភាពនៃការរកឃើញនៅ 1550 nm គឺ 10% ហើយប្រូបាប៊ីលីតេនៃ post-pulse ត្រូវបានកាត់បន្ថយមកត្រឹមតិចជាង 1%។ ទីពីរគឺដើម្បីសម្រេចបាននូវការពន្លត់ និងការងើបឡើងវិញយ៉ាងឆាប់រហ័សដោយការគ្រប់គ្រងកម្រិតវ៉ុលលំអៀង។ ដោយសារវាមិនអាស្រ័យលើការគ្រប់គ្រងមតិត្រឡប់នៃជីពចរព្រិលធ្លាក់ ពេលវេលាពន្យាពេលនៃការពន្លត់ត្រូវបានកាត់បន្ថយយ៉ាងខ្លាំង ហើយប្រសិទ្ធភាពនៃការរកឃើញរបស់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើង។ ឧទាហរណ៍ LC Comandar និងក្រុមការងារប្រើរបៀបបិទជិត។ ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាហ្វូតុងតែមួយដែលមានមូលដ្ឋានលើ InGaAs/InPAPD ត្រូវបានរៀបចំ។ ប្រសិទ្ធភាពនៃការរកឃើញហ្វូតុងតែមួយគឺលើសពី 55% នៅ 1550 nm ហើយប្រូបាប៊ីលីតេក្រោយជីពចរ 7% ត្រូវបានសម្រេច។ ដោយផ្អែកលើនេះ សាកលវិទ្យាល័យវិទ្យាសាស្ត្រ និងបច្ចេកវិទ្យាចិនបានបង្កើតប្រព័ន្ធ liDAR ដោយប្រើសរសៃពហុរបៀបក្នុងពេលដំណាលគ្នាភ្ជាប់ជាមួយឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាហ្វូតុងតែមួយ InGaAs APD បែបសេរី។ ឧបករណ៍ពិសោធន៍ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព (គ) និង (ឃ) ហើយការរកឃើញពពកច្រើនស្រទាប់ដែលមានកម្ពស់ 12 គីឡូម៉ែត្រត្រូវបានសម្រេចជាមួយនឹងគុណភាពបង្ហាញពេលវេលា 1 វិនាទី និងគុណភាពបង្ហាញលំហ 15 ម៉ែត្រ។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ឧសភា-០៧-២០២៤