Nyligen har University of Science and Technology of China, Zhang Jun och andra gemensamma Nanjing University, Lu Hai, Zhang Rong-teamet i riktning mot det ultravioletta bandet Single-Photon Lidar gjort nya framsteg, genom design och beredning av en-foton Avalanche-fotodiode baserat på 4H-SIC-material, utvecklingen av aktivt kväckning aktivt återhämtning, utvecklad en del av praktiken av en praxis av det praktiska värdet av ultraviol. Enkelfotondetektor, med detektorn för första gången för att realisera en-foton-differentiell absorption Ozon Lidar-system, och inse övervakningen av ozonkoncentration i höjdområdet 1 ~ 3,5 km.
UV-en-fotondetekteringsteknologi spelar en viktig roll i applikationsscenarier såsom atmosfärisk övervakning, detektering av svansflam, elektrisk bågdetektering och brandvarning. Fotomultiplierrör är traditionella enheter med en fotondetektor i UV-bandet, men de har nackdelarna med låg känslighet, kort livslängd, magnetfältkänslighet, etc. och kan inte fungera stabilt under en lång tid i hårda miljöer (hög temperatur, vibration, stark strålning). Däremot har den bredbands halvledaren 4H-SIC-materialet, kännetecknat av hög värmeledningsförmåga, hög strålningsmotstånd, hög elektronmättnadsdrifthastighet och stabila prestanda, betydande materialprestandafördelar i utvecklingen av nya ultravioletta halvledare en-fotondetektorer. Under lång tid är emellertid prestandaindexet för enstaka fotondetektorer baserat på detta material dåligt, särskilt detekteringseffektiviteten är mycket låg och den mörka räkningshastigheten är mycket hög, vilket gör att denna typ av enstaka fotonetektor inte har något praktiskt värde.
Under de senaste åren har ett team från University of Science and Technology i Kina (USTC) och Nanjing University (NU) gjort en serie genombrott i den gemensamma forskningen om ultraviolett halvledare enskilda foton-detektorer. Teknik och för första gången utvecklade en miniatyriserad 4h-SIC en-fotondetektorprototyp av praktiskt värde, som användes som en prototyp för första gången. Enkelfotondetektorprototyp med en detekteringseffektivitet på 10,3% och en mörk räkning på 133 kcps i 266 nm-bandet [Rev. Sci. Instrument. 94, 033101 (2023)]. Sedan dess har forskarteamet använt detektorn för att demonstrera det första enkelpixel-en-fotonavbildningsexperimentet i ultraviolettbandet (UV), vilket uppnår en-fotonavbildning med en avbildningsupplösning på 192 × 192 pixlar och en ramhastighet på 4 fps vid en mottagen ljusintensitet på cirka 6 p.
Fig. (A) 4H-SIC en-foton lavinfotodiodstruktur; (b) Aktiv släckning Aktiv återhämtningsavläsningskrets
På grundval av detta har forskarteamet fortsatt att arbeta med prestationsindexet för 4H-SIC en-fotondetektorer. Å ena sidan har enhetens enfotondetekteringseffektivitet förbättrats genom att iterativt optimerar den 4h-SIC en-foton lavinfotodiodstrukturen och processen; Å andra sidan har en ny typ av aktivt avlägsnande aktiv återhämtningskrets utvecklats för den 4h-SIC-foton lavin-fotodioden, som effektivt har undertryckt sannolikheten för att detektorns backpulsing och avsevärt förbättrat mättnadsantalet vid samma tid. Efter karakterisering har den nya detektorn en detekteringseffektivitet på 16,6% i 266Nm-bandet, en mörk räkning på 138 kcps, en post-puls sannolikhet på 2,7% och en mättnadsantal på 13MCP: er, som i princip uppfyller prestandakraven för en-fotondetektorer för UV-en-foton-applikationer.
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 of the Två lasereko -signaldämpningshastighet kan utföras omvänt den atmosfäriska koncentrationen av ozon i olika höjder. För att jämföra uppgifterna delades ekosignalerna upp i två vägar och detekterades och inverterades med det traditionella fotomultiplierröret och den nya 4H-SIC en-fotondetektorn, och de experimentella resultaten visade att ozonkoncentrationsfördelningarna i intervallet 1 ~ 3,5 km med hjälp av de två detektorerna var mycket sammanfallande med de invererade prestandan. Ovanstående arbete ger en högpresterande och mycket miljömässigt tolerant praktisk lösning för en-foton-lidar i UV-bandet.
Fig. 2. En-foton differentiell absorption Ozon Lidarsystem. (a) Schematiskt diagram; (b) Kontinuerlig observation av ozonkoncentrationen
