Recently, the University of Science and Technology of China, Zhang Jun and other joint Nanjing University, Lu Hai, Zhang Rong team in the direction of the ultraviolet band single-photon LIDAR has made new progress, through the design and preparation of single-photon avalanche photodiode based on 4H-SiC material, the development of active quenching active recovery readout circuit technology, developed a practical value of the ultraviolet Semiconductor sèl-foton detektè, lè l sèvi avèk detektè a la pou premye fwa reyalize yon sèl-foton diferans absòpsyon sistèm ozòn lidar, ak reyalize siveyans nan konsantrasyon ozòn nan seri a altitid nan 1 ~ 3.5km.
Teknoloji deteksyon UV sèl-foton jwe yon wòl enpòtan nan senaryo aplikasyon tankou siveyans atmosferik, deteksyon flanm dife, deteksyon elektrik ak avètisman dife. Tib photomultiplier yo se aparèy detektè tradisyonèl yon sèl-foton nan gwoup la UV, men yo gen dezavantaj yo nan sansiblite ki ba, lavi kout, sansiblite jaden mayetik, elatriye, epi yo pa ka travay stabl pou yon peryòd tan ki long nan anviwònman piman bouk (tanperati ki wo, Vibration, radyasyon fò). Nan contrast, lajè-band semi-conducteurs 4H-SIC materyèl la, karakterize pa konduktiviti segondè tèmik, segondè rezistans radyasyon, segondè elèktron saturation flote pousantaj, ak pèfòmans ki estab, gen avantaj enpòtan pèfòmans materyèl nan devlopman nan nouvo iltravyolèt semi-conducteurs sèl-foton detektè. Sepandan, pou yon tan long, endèks la pèfòmans nan detektè foton sèl ki baze sou materyèl sa a se pòv yo, espesyalman efikasite nan deteksyon se trè ba ak pousantaj la konte nwa se trè wo, sa ki fè sa a ki kalite detektè fotonik sèl pa gen okenn valè pratik.
Nan dènye ane yo, yon ekip ki soti nan Inivèsite Syans ak Teknoloji nan Lachin (USTC) ak Nanjing University (NU) te fè yon seri de avans nan rechèch la jwenti sou ultravyolèt semi-conducteurs sèl-foton detektè.2023, ekip la optimize nouvo estrikti a panche ak preparasyon pou-a-rlexeded-rlexing-rlexe-rlexe-rlexe-rlexeded-rlexeded-rlexeded-rlexe-rlexe-rlexeded-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlexe-rlech. Teknoloji Awondisman Readout, ak la pou premye fwa, devlope yon miniaturized 4H-SiC sèl-foton pwototip detektè nan valè pratik, ki te itilize kòm yon pwototip la pou premye fwa. Pwototip detektè sèl-foton ak yon efikasite deteksyon nan 10.3% ak yon pousantaj konte nwa nan 133 kcps nan gwoup la 266 nm [Rev. Sci. Instrum. 94, 033101 (2023)]. Depi lè sa a, ekip rechèch la te itilize detektè a pou demontre premye eksperyans yon sèl-foton D 'nan gwoup iltravyolèt (UV), ki te reyisi yon sèl-foton D' ak yon rezolisyon D 'nan 192 × 192 piksèl ak yon pousantaj ankadreman nan 4 FPS nan yon entansite limyè resevwa nan apeprè 6 pW.
Fig. 1. (a) 4H-SiC yon sèl-foton estrikti photodiode lavalas; (b) aktif asouvisman aktif rekiperasyon lekti sikwi
Sou baz sa a, ekip rechèch la te kontinye travay sou endèks pèfòmans 4H-SiC sèl-foton detektè yo. Sou yon bò, efikasite nan deteksyon sèl-foton nan aparèy la te amelyore pa iterativman optimize 4H-SiC sèl-foton estrikti a photodiode lavalas ak pwosesis; Nan lòt men an, yon nouvo kalite aktif-asanble aktif-rekiperasyon sikwi lekti te devlope pou 4H-SiC sèl-foton aparèy la photodiode lavalas, ki te efektivman siprime pwobabilite ki genyen pou detektè tounen-enpilsyon ak siyifikativman amelyore pousantaj la konte saturation nan menm tan an. Apre karakterizasyon, detektè a nouvo gen yon efikasite deteksyon nan 16.6% nan gwoup la 266nm, yon pousantaj konte nwa nan 138kcps, yon pwobabilite pòs-batman kè a 2.7%, ak yon pousantaj konte saturation nan 13MCPS, ki fondamantalman satisfè kondisyon yo ki pèfòmans nan yon sèl-foton detektè pou UV sèl-foton aplikasyon pou.
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 Ka konparezon an nan de lazè echèk pousantaj atenuasyon siyal la dwe fè envès konsantrasyon nan atmosferik nan ozòn nan wotè diferan. Yo nan lòd yo konpare done yo, siyal yo eko yo te divize an de chemen ak detekte ak Envèse ak tib la photomultiplier tradisyonèl ak nouvo 4H-SiC sèl-foton detektè a, respektivman, ak rezilta yo eksperimantal te montre ke distribisyon yo ozòn konsantrasyon nan ranje a nan 1 ~ 3.5km lè l sèvi avèk de detektè yo te trè konyen ak yo anonse. Travay ki anwo la a bay yon solisyon pèfòmans-wo ak trè anviwònman an toleran pou yon sèl-foton lidar nan gwoup la UV.
Fig. 2. Single-foton diferans absòpsyon sistèm ozòn lidar. (a) dyagram schematic; (b) Obsèvasyon kontinyèl nan konsantrasyon ozòn
