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 Detektor foton tunggal semikonduktor, menggunakan detektor untuk pertama kalinya untuk mewujudkan sistem ozon lidar penyerapan foton tunggal, dan mewujudkan pemantauan konsentrasi ozon dalam kisaran ketinggian 1 ~ 3,5 km.
Teknologi deteksi foton tunggal UV memainkan peran penting dalam skenario aplikasi seperti pemantauan atmosfer, deteksi api ekor, deteksi busur listrik dan peringatan kebakaran. Tabung photomultiplier adalah perangkat detektor foton tunggal tradisional di pita UV, tetapi mereka memiliki kelemahan sensitivitas rendah, masa pakai pendek, sensitivitas medan magnet, dll., Dan tidak dapat bekerja secara stabil untuk jangka waktu yang lama di lingkungan yang keras (suhu tinggi, getaran, radiasi yang kuat). Sebaliknya, bahan semikonduktor 4H-SIC yang lebar, ditandai dengan konduktivitas termal yang tinggi, resistensi radiasi tinggi, laju penyimpangan saturasi elektron tinggi, dan kinerja yang stabil, memiliki keunggulan kinerja material yang signifikan dalam pengembangan detektor foton tunggal semikonduktor ultraviolet baru. Namun, untuk waktu yang lama, indeks kinerja detektor foton tunggal berdasarkan bahan ini buruk, terutama efisiensi deteksi sangat rendah dan laju jumlah gelap sangat tinggi, yang membuat jenis detektor foton tunggal ini tidak memiliki nilai praktis.
Dalam beberapa tahun terakhir, tim dari University of Science and Technology of China (USTC) dan Nanjing University (NU) telah membuat serangkaian terobosan dalam penelitian gabungan tentang ultraviolet semikonduktor detektor foton tunggal dan persiapan-foton yang dikembangkan dan proses persiapan phothy-revi-revifing-tiled-tabel baru dari 4h-sic-foton-revience-foton-foton-foton-foton. Teknologi sirkuit pembacaan, dan untuk pertama kalinya, mengembangkan prototipe detektor foton tunggal 4H-SIC miniatur dari nilai praktis, yang digunakan sebagai prototipe untuk pertama kalinya. Prototipe detektor foton tunggal dengan efisiensi deteksi 10,3% dan tingkat jumlah gelap 133 kcps dalam pita 266 nm [Rev. Sci. Instrum. 94, 033101 (2023)]. Sejak itu, tim peneliti telah menggunakan detektor untuk menunjukkan percobaan pencitraan foton tunggal piksel tunggal dalam pita ultraviolet (UV), mencapai pencitraan foton tunggal dengan resolusi pencitraan 192 × 192 piksel dan laju bingkai 4 fps pada intensitas cahaya yang diterima sekitar 6 PW.
Gbr. 1. (A) Struktur fotodioda longsor foton tunggal 4H-SIC; (B) Sirkuit Pembacaan Pemulihan Aktif Aktif
Atas dasar ini, tim peneliti terus bekerja pada indeks kinerja detektor foton tunggal 4H-SIC. Di satu sisi, efisiensi deteksi foton tunggal dari perangkat telah ditingkatkan dengan mengoptimalkan struktur dan proses fotodioda fotodioda tunggal 4H-SIC; Di sisi lain, tipe baru sirkuit pembacaan pemulihan aktif-pemuja aktif telah dikembangkan untuk perangkat fotodioda longsor foton tunggal 4H-SIC, yang secara efektif menekan probabilitas detektor-back-pulsing dan secara signifikan meningkatkan laju jumlah saturasi pada waktu yang sama. Setelah karakterisasi, detektor baru memiliki efisiensi deteksi 16,6% pada pita 266nm, laju jumlah gelap 138kcps, probabilitas pasca-pulsa 2,7%, dan tingkat jumlah saturasi 13MCPS, yang pada dasarnya memenuhi persyaratan kinerja detektor foton tunggal untuk aplikasi LIDAR foton tunggal UV.
Tim peneliti menggunakan detektor untuk pertama kalinya dalam sistem ozon lidar penyerapan foton tunggal untuk melaksanakan aplikasi terkait, sistem LIDAR akan menjadi 289nm dan 316nm berdenyut laser vertikal emisi laser pada atmosfer pada waktu yang sama, dua molekul ozon dari dua panjang laser dari laserpy dari laserpy laserpy dari laserpy laserpy dari laserpy laserption laserption laserption laserption ozon dari dua panjang laser. Dua tingkat atenuasi sinyal gema laser dapat dilakukan terbalik konsentrasi atmosfer ozon pada ketinggian yang berbeda. Untuk membandingkan data, sinyal gema dibagi menjadi dua jalur dan terdeteksi dan terbalik dengan tabung photomultiplier tradisional dan detektor foton tunggal 4H-SIC yang baru, dan hasil eksperimen menunjukkan bahwa distribusi konsentrasi ozon dalam kisaran 1 ~ 3,5 km menggunakan dua detektor adalah proyeksi yang sangat bersamaan. Pekerjaan di atas memberikan solusi praktis berkinerja tinggi dan sangat toleran lingkungan untuk lidar foton tunggal di pita UV.
Gbr. 2. Sistem ozon lidar penyerapan foton tunggal. (a) Diagram skematis; (B) Pengamatan berkelanjutan konsentrasi ozon
