Baru-baru ini, Universiti Sains dan Teknologi China, Zhang Jun dan lain-lain Universiti Nanjing bersama, Lu Hai, pasukan Zhang Rong ke arah Ultraviolet Band Single-Photon LiDAR telah membuat kemajuan baru, melalui reka bentuk dan penyediaan fotodi-photodi yang dibangunkan sebagai pembangunan aktif. Pengesan Single-Photon semikonduktor, menggunakan pengesan untuk kali pertama untuk merealisasikan sistem lidar ozon penyerapan pembezaan tunggal foton, dan merealisasikan pemantauan kepekatan ozon dalam julat ketinggian 1 ~ 3.5km.
Teknologi pengesanan tunggal UV memainkan peranan penting dalam senario aplikasi seperti pemantauan atmosfera, pengesanan api ekor, pengesanan arka elektrik dan amaran kebakaran. Tiub photomultiplier adalah alat pengesan foton tunggal tradisional dalam jalur UV, tetapi mereka mempunyai kelemahan kepekaan yang rendah, jangka hayat pendek, sensitiviti medan magnet, dan lain-lain, dan tidak dapat berfungsi dengan stabil untuk jangka masa yang panjang dalam persekitaran yang keras (suhu tinggi, getaran, radiasi yang kuat). Sebaliknya, bahan semikonduktor 4H-SIC yang luas, yang dicirikan oleh kekonduksian terma yang tinggi, rintangan radiasi yang tinggi, kadar drift ketepuan elektron yang tinggi, dan prestasi yang stabil, mempunyai kelebihan prestasi bahan yang signifikan dalam pembangunan pengesan tunggal-foton semikonduktor ultraviolet baru. Walau bagaimanapun, untuk masa yang lama, indeks prestasi pengesan foton tunggal berdasarkan bahan ini adalah miskin, terutamanya kecekapan pengesanan adalah sangat rendah dan kadar kiraan gelap sangat tinggi, yang menjadikan pengesan foton tunggal ini tidak mempunyai nilai praktikal.
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, satu pasukan dari Universiti Sains dan Teknologi China (USTC) dan Nanjing University (NU) telah membuat satu siri penemuan dalam penyelidikan bersama-sama dengan pengesan dan penyediaan single-sikon yang baru-baru ini. Teknologi litar bacaan, dan untuk kali pertama, membangunkan prototaip pengesan tunggal foton 4H-SIC miniaturisasi nilai praktikal, yang digunakan sebagai prototaip untuk kali pertama. Prototaip pengesan tunggal-foton dengan kecekapan pengesanan sebanyak 10.3% dan kadar kiraan gelap 133 kcps dalam band 266 nm [Rev. Sci. Instrum. 94, 033101 (2023)]. Sejak itu, pasukan penyelidikan telah menggunakan pengesan untuk menunjukkan eksperimen pencitraan tunggal foton tunggal piksel pertama dalam band ultraviolet (UV), mencapai pencitraan tunggal foton dengan resolusi pengimejan 192 × 192 piksel dan kadar bingkai 4 fps pada intensiti cahaya yang diterima kira-kira 6 pw.
Rajah 1. (A) Struktur Photodiode Avalanche Single-Photon 4H-SIC; (b) litar pembacaan pemulihan aktif aktif
Atas dasar ini, pasukan penyelidikan terus bekerja pada indeks prestasi pengesan foton tunggal 4H-SIC. Di satu pihak, kecekapan pengesanan tunggal-foton peranti telah diperbaiki dengan mengoptimumkan struktur dan proses photodiode avalanche 4H-SIC tunggal; Sebaliknya, satu jenis litar bacaan pemulihan aktif aktif aktif telah dibangunkan untuk peranti photodiode avalanche tunggal-foton 4H-SIC, yang telah menindas kebarangkalian kebarangkalian pengesan kembali dan meningkatkan kadar kiraan tepu pada masa yang sama. Selepas pencirian, pengesan baru mempunyai kecekapan pengesanan sebanyak 16.6% dalam jalur 266nm, kadar kiraan gelap 138kcps, kebarangkalian pasca denyutan sebanyak 2.7%, dan kadar kiraan tepu 13mcps, yang pada dasarnya memenuhi keperluan prestasi pengesan foton tunggal untuk UV tunggal-foton lidar.
Pasukan penyelidikan menggunakan pengesan untuk pertama kalinya dalam sistem lidar ozon penyerapan pembezaan tunggal untuk menjalankan aplikasi yang berkaitan, sistem lidar akan menjadi laser laser yang sama, disebabkan oleh laser. Perbandingan kedua -dua kadar pelemahan isyarat echo laser boleh dilakukan secara terbalik kepekatan ozon atmosfera pada ketinggian yang berbeza. Untuk membandingkan data, isyarat Echo dibahagikan kepada dua laluan dan dikesan dan terbalik dengan tiub fotomultiplier tradisional dan pengesan tunggal 4H-SIC yang baru. Kerja-kerja di atas menyediakan penyelesaian praktikal yang berprestasi tinggi dan sangat bertoleransi untuk lidar untuk lidar tunggal-foton dalam band UV.
Rajah 2. Sistem penyerapan lidar ozon penyerapan tunggal. (a) gambarajah skematik; (b) Pemerhatian berterusan kepekatan ozon
