درIngaas Avalanche Photodiode (APD)نوعی عکس از عکس است که از آن استفاده می کندایندییم گالیم آرسنید (Ingaas)به عنوان ماده نیمه هادی برای تشخیص نور ، به ویژه درنزدیك مادون قرمز (NIR)وتمادون قرمز با طول موج کوتاه (SWIR)مناطق (به طور معمول از 800 نانومتر تا 2 . 6 میکرومتر). APD ها به خاطر آنها شناخته شده اندمکانیسم افزایش داخلی، جایی که جریان تولید شده توسط عکس توسط یک فرآیند ضرب بهمن تقویت می شود ، و منجر به حساسیت بالاتر در مقایسه با فوتوددیودهای سنتی.
این حساسیت بالا ، همراه با توانایی کار در شرایط کم نور ، باعث می شود که عکس های APD INGAAS برای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی که نیاز دارند ایده آل باشدتشخیص دقیق نور, کم صداوتعمل با سرعت بالا.
انواع عکسهای عکس ingaas apd
عکسهای خطی INGAAS APD
ساختار:این فوتودکتورها با یک رابطه خطی بین شدت نور حادثه و جریان خروجی . کار می کنندبهمن سوداز طریق ولتاژ تعصب معکوس اعمال شده . کنترل می شود
اصل کار:هنگامی که یک فوتون توسط ماده ingaas جذب می شود ، جفت های سوراخ الکترون را تولید می کند.} ولتاژ تعصب معکوس حامل ها را تسریع می کند ، و آنها انرژی کافی را برای ایجاد یک فرآیند بهمن بدست می آورند ، و تکثیر می کنند.
برنامه ها:مورد استفاده در برنامه های کاربردی که نیاز به تشخیص خطی با کنترل دقیق بر افزایش ، مانند سیستم های ارتباطی نوری ، گیرنده های فیبر نوری و طیف سنجی {{1}
عکسهای عکس Geiger-Mode INGAAS APD
ساختار:در این آشکارسازها ، APD در آن اداره می شودحالت Geiger، جایی که تعصب معکوس به اندازه کافی بالا است تا حتی یک فوتون واحد {{0} ایجاد کند
اصل کار:یک فوتون منفرد بهمن تولید می کند و در نتیجه یک پالس خروجی بزرگ . این حالت برای شمارش فوتون مناسب است ، جایی که فوتون های فردی باید تشخیص داده شوند {{2}
برنامه ها:به طور گسترده ای درردیابی تک فوتونی, توزیع کلید کوانتومی (QKD)، و سایر برنامه های اپتیک کوانتومی که در آن سطح نور بسیار پایین باید تشخیص داده شود .
آرایه های APD INGAAS
ساختار:یک ماتریس از APD های INGAAS ، که در یک آرایه ترتیب داده شده است تا نور را در یک منطقه بزرگتر یا در چندین کانال به طور همزمان . تشخیص دهد
اصل کار:مشابه آشکارسازهای APD تک ، اما در یک آرایه . هر پیکسل (APD) در آرایه ، نور حادثه را تشخیص می دهد و ضرب بهمن را انجام می دهد. خروجی ها از تمام پیکسل ها به صورت موازی یا متوالی پردازش می شوند.
برنامه ها:مورد استفاده در سیستم های تصویربرداری ، LIDAR و تصویربرداری Herperspectral ، که در آن نیاز به نور در یک آرایه از آشکارسازها برای تشخیص فضایی یا چند موج.}
PhotoDetector ingaas apd با الکترونیک یکپارچه
ساختار:این فوتودکتورها شامل یکپارچه تقویت و مدار پردازش سیگنال برای کاهش پیچیدگی اجزای خارجی .
اصل کار:خود APD فوتوکراتی هایی را تولید می کند که سپس توسط الکترونیک یکپارچه کم نویز تقویت می شوند . این باعث می شود حساسیت بالاتری با کاهش نویز .}}
برنامه ها:در سیستمهایی که به تشخیص کم فشار ، با حساسیت بالا و کم مصرف نیاز است ، مانند درارتباط فیبر نوری, لیدروتاندازه گیری زمان پرواز.
فتودیود بهمن اینگااس با اتصال فیبر نوری
ساختار:این ماژول ها APD را با اتصالات فیبر نوری ادغام می کنند و امکان اتصال کارآمد سیگنال نوری شناسایی شده را مستقیماً از الیاف نوری . فراهم می کنند
اصل کار:نور منتقل شده از طریق فیبر نوری به APD همراه می شود ، جایی که برای تولید یک سیگنال الکتریکی تقویت شده .}}}
برنامه ها:استفاده شده درارتباط نوری از راه دور, سنجش نوریوتسیستم های لیدرجایی که نور از طریق الیاف نوری . منتقل می شود
اصل کار PhotoDetectors APD INGAAS
دراصل کاراز یکPhotoDetector APD INGAASشامل تبدیلنور حادثه(فوتون) بهجریان برقاز طریق اثر فوتوالکتریک و به دنبال آنضرب بهمنبرای تقویت سیگنال {{0}
جذب فوتون و تولید حامل:
هنگامی که نور (فوتون) وارد فوتودکتور می شود ، توسط ماده ingaas . جذب می شود.باندبهگروه هدایت، ایجاد جفت سوراخ الکترون (حامل های تولید شده از عکس).
ضرب بهمن:
APD با تعصب معکوس است ، به این معنی که یک میدان الکتریکی قوی برای دستگاه اعمال می شود .} میدان الکتریکی حامل های تولید شده توسط عکس (الکترون و سوراخ) را به سرعت بالا شتاب می دهد .}}}}}
این حامل های شتاب یافته می توانند با اتم ها در نیمه هادی برخورد کنند ، و جفت های اضافی الکترونی را ایجاد می کنند {{1} اینروند بهمنفتوکورنت را ضرب می کند ، و در نتیجهسیگنال بسیار تقویت شده.
ضریب ضرب (یا افزایش) بستگی به ولتاژ تعصب معکوس دارد که به APD .} تعصب معکوس بالاتر افزایش می یابد افزایش .
خروجی سیگنال:
فتوکورنت حاصل متناسب با شدت نور حادثه است ، اما با حساسیت بسیار بالاتر به دلیل ضرب بهمن {{0}
این جریان خروجی به طور معمول تقویت و پردازش می شود تا یک سیگنال قابل استفاده برای تجزیه و تحلیل بیشتر یا اندازه گیری . فراهم شود
ملاحظات سر و صدا:
جریان تاریک(یک جریان کوچک که حتی بدون نور جریان می یابد) وسر و صدامنابع متداول نویز در APD ها .} با این حال ، APD های با کیفیت بالا INGAAS برای به حداقل رساندن این صداها طراحی شده اند ، و آمپلی فایرهای کم نویز یکپارچه یکپارچه عملکرد را بهبود می بخشد {3.
وظایفPhotoDetectors APD INGAAS
تشخیص و تقویت نور:
عملکرد اصلی یک APD INGAAS تشخیص نور در مناطق مادون قرمز نزدیک (NIR) به مناطق مادون قرمز با طول موج کوتاه (SWIR) و تقویت سیگنال های نوری ضعیف از طریق فرآیند ضرب بهمن .
اندازه گیری سیگنال با حساسیت بالا:
APD ها به خاطر آنها شناخته شده اندحساسیت بالا، ایجاد آنها برای تشخیص سیگنال های ضعیف مبنی بر اینکه سایر عکسهای عکس ممکن است قادر به ثبت نام نباشند ، مانند سیگنال های اشیاء دوردست یا منابع نوری ضعیف {{0}
زمان پاسخ سریع:
APD های Ingaas دارندزمان پاسخ سریع، به آنها اجازه می دهد تا با سرعت زیاد کار کنند ، و آنها را برای برنامه های کاربردی مناسب می کندوضوح زمانی بالا، مانند در ارتباطات نوری با سرعت بالا {{1}
شمارش و تشخیص فوتون:
APD ها را می توان درشمارش فوتونبرنامه ها ، به خصوص درعملیات حالت Geiger، جایی که فوتون های فردی به عنوان رویدادهای گسسته شمرده می شوند و آنها را برای آن ایده آل می کندنوری کوانتومیوتتوزیع کلید کوانتومی.
برنامه های کارPhotoDetectors APD INGAAS
ارتباط نوری:
برنامه:Photodetectors APD INGAAS به طور گسترده ای در آن استفاده می شودارتباط فیبر نوریسیستم ها ، جایی که آنها سیگنال های ضعیفی را که در مسافت های طولانی منتقل می شوند تشخیص می دهند .
مثال:استفاده شده درارتباطات از راه دور طولانی, شبکه های نوریوتتقسیم طول موج متراکم (DWDM)سیستم هایی برای بهبود دریافت سیگنال از روی کابل های فیبر نوری {{1}
LIDAR (تشخیص نور و محدوده):
برنامه:APD ها درسیستم های لیدربرای اندازه گیری زمان پرواز پالس های لیزر منعکس شده از یک شی ، امکان اندازه گیری مسافت با دقت بالا و نقشه برداری 3D.
مثال:دروسایل نقلیه خودمختار, هواپیمای بدون سرنشینوتروباتیک، APD ها تشخیص دقیق و سریع محیط های اطراف را برای ناوبری و جلوگیری از مانع فعال می کنند {{0}
توزیع کلید کوانتومی (QKD):
برنامه:APD ها ، به ویژه مواردی که درحالت Geiger، در استفاده می شودتوزیع کلید کوانتومی (QKD)سیستم هایی برای تشخیص فوتون های منفرد برای رمزگذاری ایمن .
مثال:دررمزنگاری کوانتومیسیستم ها ، APD های INGAAS برای تشخیص فوتون های منفرد و فعال کردن ارتباطات ایمن بر اساس اصول مکانیک کوانتومی {{0} بسیار مهم هستند
سیستم های اندازه گیری زمان پرواز (TOF):
برنامه:APD ها دراندازه گیری زمان پروازبرای اندازه گیری زمان لازم برای یک پالس سبک برای سفر به یک شی و عقب ، امکان اندازه گیری فاصله دقیق {{0}
مثال:استفاده شده درسیستم های تصویربرداری سه بعدیوتیابنده دامنهبرای برنامه هایی مانند رباتیک ، تصویربرداری پزشکی و بازرسی صنعتی {{0}
طیف سنجی:
برنامه:APD های Ingaas در استفاده می شوندطیف سنجی NIR و SWIR، جایی که حساسیت بالا و سر و صدای کم برای تشخیص جذب ضعیف یا سیگنال های پراکندگی از مواد . ضروری است
مثال:درتجزیه و تحلیل شیمیایی, برنامه های زیست پزشکیوتخصوصیات مادی، APD ها برای تشخیص نور با دقت بالا . استفاده می شود
شمارش و تصویربرداری فوتون:
برنامه:APD های Ingaas ، به ویژه درعملیات حالت Geiger، برای استفاده می شودشمارش فوتونبرنامه های کاربردی درسیستم های تصویربرداریوتتحقیقات علمی.
مثال:استفاده شده درتصویربرداری تک فوتونیوتتصویربرداری فلورسانسدر تحقیقات بیولوژیکی و شیمیایی برای تشخیص سیگنال های کم نور با دقت بالا.
اندازه گیری قدرت لیزر:
برنامه:APD ها برای اندازه گیری شدت پرتوهای لیزر در سیستم های لیزر با قدرت بالا با تشخیص قدرت نوری . استفاده می شوند
مثال:درتولید مبتنی بر لیزر، مانندبرش لیزریاجوش، از APD ها برای نظارت و کنترل خروجی لیزر برای عملکرد دقیق استفاده می شود .
تصویربرداری پزشکی (OCT):
برنامه: توموگرافی انسجام نوری (OCT)یک روش تصویربرداری پزشکی است که در آن از APD های Ingaas برای تشخیص نور منعکس شده از بافت ها استفاده می شود ، و تصاویر مقطعی با وضوح بالا و با وضوح بالا.
مثال:درچشم شناسی، APD های INGAAS در تصویربرداری از شبکیه برای تشخیص بیماری های چشم . کمک می کنند
مزایایPhotoDetectors APD INGAAS
حساسیت بالا:APD ها ارائه می دهندحساسیت بالا، به خصوص برای سیگنال های نوری ضعیف ، آنها را برای برنامه های کم نور مناسب .
سود داخلی:درفرآیند ضرب بهمنسیگنال را تقویت می کند ، و امکان تشخیص سیگنال های نوری ضعیف بدون نیاز به تقویت خارجی .
دامنه طول موج گسترده:APD های Ingaas در سراسرnir to swirمناطق (800 نانومتر تا 2 . 6 میکرومتر) ، ایده آل برای برنامه های مختلف.
زمان پاسخ سریع:APD ها قادر به تشخیص نور با سرعت زیاد هستند و آنها را برای آنها مناسب می کندارتباط با سرعت بالاوتاندازه گیری های حل شده زمان.
چالش
سر و صدا:APD ها ، به ویژه در حالت بهمن ، ممکن است معرفی کنندسر و صدا, جریان تاریکوتپس از گذشت، که می تواند بر کیفیت سیگنال . تأثیر بگذارد
مصرف برق:ولتاژ تعصب معکوس بالا برای کار با APD در حالت بهمن مورد نیاز است و منجر بهمصرف انرژی بالاتردر مقایسه با سایر Photodetectors {{0}
حساسیت دما:APD ها نسبت بهنوسانات دما، و مدیریت حرارتی مناسب برای حفظ عملکرد مداوم . ضروری است