Recent, Universitatea de Știință și Tehnologie din China, Zhang Jun și alte Echipa comună Nanjing, Lu Hai, Zhang Rong Team în direcția trupei ultraviolete LiDAR a făcut noi progrese, prin proiectarea și pregătirea unei single-photon Avalanche Avalanche Fotodiode bazată pe un material practic, de dezvoltare a dezvoltării active a tehnologiei active de recuperare activă de recuperare activă, bazată pe o valoare practică a ultraviului, dezvoltarea unei valori practice a ultravioletei de recuperare activă de revenire activă Detector cu un singur foton cu semiconductor, folosind pentru prima dată detectorul pentru a realiza sistemul de ozon de ozon de absorbție diferențială cu un singur fotoni și pentru a realiza monitorizarea concentrației de ozon în intervalul de altitudine de 1 ~ 3,5 km.
Tehnologia de detectare a unui singur fotoni UV joacă un rol important în scenarii de aplicare, cum ar fi monitorizarea atmosferică, detectarea flăcării cozii, detectarea arcului electric și avertizarea incendiilor. Tuburile fotomultiplicatoare sunt dispozitive tradiționale de detectare a unui singur fotoni în banda UV, dar au dezavantajele sensibilității scăzute, a duratei de viață scurte, a sensibilității câmpului magnetic etc., și nu pot funcționa stabil pentru o perioadă lungă de timp în medii dure (temperaturi ridicate, vibrații, radiații puternice). În schimb, materialul semiconductor 4H-SIC cu bandă largă, caracterizat prin conductivitate termică ridicată, rezistență ridicată la radiații, rată ridicată de saturație a electronilor și performanțe stabile, are avantaje semnificative ale performanței materiale în dezvoltarea de noi detectoare cu un monophoton cu semiconductor ultraviolet. Cu toate acestea, pentru o lungă perioadă de timp, indicele de performanță al detectoarelor de fotoni unici pe baza acestui material este slab, în special eficiența detectării este foarte scăzută, iar rata de numărare întunecată este foarte mare, ceea ce face ca acest tip de detector de fotoni unic să nu aibă o valoare practică.
În ultimii ani, o echipă de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China (USTC) și Universitatea Nanjing (NU) a făcut o serie de descoperiri în cercetarea comună asupra detectoarelor monop-fotonite cu semiconductor ultraviolet. Tehnologia circuitului de citire și, pentru prima dată, a dezvoltat un prototip miniaturizat de detector de un mono-fotoni 4H-SIC de valoare practică, care a fost utilizat ca prototip pentru prima dată. Prototip de detectare a unui singur fotoni, cu o eficiență de detectare de 10,3% și o rată de numărare întunecată de 133 kcps în banda de 266 nm [Rev. Sci. Instrument. 94, 033101 (2023)]. De atunci, echipa de cercetare a utilizat detectorul pentru a demonstra primul experiment de imagistică cu un singur pixeli cu un singur pixel în banda ultravioletă (UV), obținând imagini cu un singur foton cu o rezoluție imagistică de 192 × 192 pixeli și o rată de cadru de 4 FPS la o intensitate de lumină primită de aproximativ 6 pW.
Fig. 1. (a) Structura fotodiodelor de avalanșă mono-fotoni 4H-SIC; (b) Circuitul de citire activă activă de stingere activă
Pe această bază, echipa de cercetare a continuat să lucreze la indicele de performanță al detectoarelor monologice 4H-SIC. Pe de o parte, eficiența de detectare a unui singur fotoni a dispozitivului a fost îmbunătățită prin optimizarea iterativă a structurii și procesului de fotodiodă de avalanșă mono-sic de la un singur fotoni; Pe de altă parte, a fost dezvoltat un nou tip de circuit de citire activă activă activă pentru revizuirea activă pentru dispozitivul de fotodiodă de avalanșă cu un mono-fototon 4H-SIC, care a suprimat efectiv probabilitatea de a pulsa înapoi și a îmbunătățit semnificativ rata de număr de saturație în același timp. După caracterizare, noul detector are o eficiență de detectare de 16,6% în banda de 266 nm, o rată de număr întunecat de 138kcps, o probabilitate post-puls de 2,7% și o rată de număr de saturație de 13MCPs, care îndeplinește practic cerințele de performanță ale detectoarelor unice-foton pentru aplicațiile Lidar cu monophoton UV.
The research team used the detector for the first time in the single-photon differential absorption ozone LIDAR system to carry out related applications, the LIDAR system will be 289nm and 316nm pulsed laser vertical emission into the atmosphere at the same time, due to the ozone molecules of the two wavelengths of the laser absorption coefficient of the two wavelengths of the laser, through the comparison Dintre cele două rate de atenuare a semnalului ECHO laser poate fi efectuată invers concentrația atmosferică a ozonului la înălțimi diferite. Pentru a compara datele, semnalele ECHO au fost împărțite în două căi și detectate și inversate cu tubul fotomultiplicator tradițional și, respectiv, noul detector de un monophoton 4H-SIC, iar rezultatele experimentale au arătat că distribuțiile de concentrație de ozon în intervalul de 1 ~ 3,5 km folosind cele două detectoare au fost coincidente cu performanțele inversate. Lucrarea de mai sus oferă o soluție practică de înaltă performanță și extrem de tolerantă pentru mediu pentru LIDAR cu un singur fotoni în banda UV.
Fig. 2. Sistem de Lidar de ozon de absorbție diferențială monologică. (a) diagrama schematică; (b) Observarea continuă a concentrației de ozon
