Nedávno University of Science and Technology v Číne, Zhang Jun a ďalšia spoločná Nanjingská univerzita, Lu Hai, Zhang Rong tím v smere ultrafialového pásma s jedným fotónovým pásmom Ultrafolet, ktorý založený na 4H-SIC Material dosiahol nový pokrok, a to prostredníctvom návrhu a prípravy technológie na čítanie s jednou fotónom vyvinula praktická hodnota lavičky ultravioly ultraviolu Semiconductorový detektor s jedným fotónom, ktorý prvýkrát používa detektor na realizáciu systému LIDAR s inkólom s jedným fotónom a realizuje monitorovanie koncentrácie ozónu v rozsahu nadmorskej výšky 1 ~ 3,5 km.
Technológia detekcie s jedným fotónom UV zohráva dôležitú úlohu v aplikačných scenároch, ako je monitorovanie atmosféry, detekcia plameňa chvosta, detekcia elektrického oblúka a varovanie požiaru. Fotomultipierové trubice sú tradičné zariadenia s jedným fotónom v UV pásme, ale majú nevýhody nízkej citlivosti, krátkej životnosti, citlivosti magnetického poľa atď. A nemôžu pracovať stabilne po dlhú dobu v drsných prostrediach (vysoká teplota, vibrácie, silné žiarenie). Naopak, širokopásmový polovodičový materiál 4H-SIC, ktorý sa vyznačuje vysokou tepelnou vodivosťou, vysokým odporom žiarenia, vysokou rýchlosťou saturácie elektrónov a stabilným výkonom, má významné výhody výkonu materiálu vo vývoji nových ultrafialových polonuktorových detektorov jednostranných detektorov. Avšak po dlhú dobu je index výkonnosti detektorov s jednoduchými fotónmi založený na tomto materiáli zlý, najmä účinnosť detekcie je veľmi nízka a miera počtu tmavých je veľmi vysoká, čo spôsobuje, že tento typ detektora jedného fotónu nemá praktickú hodnotu.
V posledných rokoch tím z University of Science and Technology of China (USTC) a Nanjing University (NU) vytvoril sériu prielomov v spoločnom výskume ultrafialových polovodičových detektorov s jedným fotónom. Technológia obvodu a prvýkrát vyvinula miniaturizovaný prototyp detektora s jedným fotónom 4H-SIC s praktickou hodnotou, ktorý sa prvýkrát použil ako prototyp. Prototyp detektora s jedným fotónom s detekčnou účinnosťou 10,3% a miera počtu tmavých 133 kcps v pásme 266 nm [Rev. Sci. Instrum. 94, 033101 (2023)]. Odvtedy výskumný tím využil detektor na demonštráciu prvého jednodielneho obrazového zobrazovacieho experimentu v ultrafialovom (UV) pásme, ktorý dosiahol zobrazovanie s jedným fotónom pomocou zobrazovacieho rozlíšenia 192 × 192 pixelov a snímkovú rýchlosť 4 fps pri prijatej intenzite svetla približne 6 PW.
Obr. 1. (A) Štruktúra fotodiódy s jedným fotónom 4H-SIC; b) Aktívne ochladenie obvodu aktívneho obnovenia
V tomto základe výskumný tím naďalej pracoval na indexe výkonnosti detektorov jednofotónov 4H-SIC. Na jednej strane sa účinnosť detekcie jednofotónov zariadenia zlepšila iteratívne optimalizáciou a procesom fotodiódy s jedným fotónom 4H-SIC; Na druhej strane bol vyvinutý nový typ aktívneho obvodu aktívneho regenerácie pre reguláciu obvodu 4H-SIC s jedným fotónovým lavínom, ktorý účinne potlačil pravdepodobnosť spätného pulzovania detektora a významne zlepšila rýchlosť počtu saturácie v rovnakom čase. Po charakterizácii má nový detektor detekčnú účinnosť 16,6% v pásme 266nm, miera počtu tmavých počtu 138 kcps, pravdepodobnosť post-impulz 2,7% a mieru počtu saturácie 13MCPS, ktoré v podstate spĺňa požiadavky na výkonnosť detektorov jednofotónov pre aplikácie Lidar s jedným fotónom UV.
Výskumný tím použil detektor prvýkrát v systéme LiDAR s jedným fotónovým diferenciálnym absorpčným lidarovým systémom LiDAR na vykonávanie príbuzných aplikácií, LIDAR systém bude 289 NM a 316nm pulzované laserové vertikálne emisie do atmosféry v rovnakom čase, v dôsledku molekúl ozónu, a to v dôsledku porovnania po porovnaní s ozónovými dĺžkami rýb Rýchlosť útlmenia signálu laserovej ozveny sa môže vykonávať nepriamo atmosférickej koncentrácie ozónu v rôznych výškach. Aby sa porovnali údaje, signály ECHO boli rozdelené na dve cesty a detegované a prevrátené s tradičnou fotomultiplickou trubicou a novým detektorom jednofotónov 4H-SIC, a experimentálne výsledky ukázali, že koncentrácia ozónu v rozsahu 1 ~ 3,5 km pomocou týchto dvoch detektorov bola vysoko Coincident s vykonávajúcim výkonom. Vyššie uvedená práca poskytuje vysokovýkonné a vysoko environmentálne tolerantné praktické riešenie pre jednofotónový lidar v UV pásme.
Obr. 2. Systém Lidar s jedným fotónom diferenciálny absorpčný ozón. a) schematický diagram; b) Kontinuálne pozorovanie koncentrácie ozónu
