Récemment, l'Université des sciences et de la technologie de Chine, Zhang Jun et d'autres équipes de Nanjing University, Lu Hai, l'équipe de Zhang Rong dans le sens du LiDAR à photon unique de la bande ultraviolet, à base de nouveaux progrès, à travers la conception et la préparation de la technologie de réception active de réception active de la technologie de réception active, a développé une valeur pratique de la reprise active, une valeur pratique de Quenching Recovet active, une valeur pratique, une valeur pratique du Quenching Activeding Active Recovet détecteur à photons unique, en utilisant le détecteur pour la première fois pour réaliser le système lidar d'ozone absorbant un seul photon et réaliser la surveillance de la concentration d'ozone dans la plage d'altitude de 1 ~ 3,5 km.
La technologie de détection de photons uniques UV joue un rôle important dans les scénarios d'application tels que la surveillance atmosphérique, la détection de la flamme de la queue, la détection de l'arc électrique et l'avertissement d'incendie. Les tubes photomultiplicateurs sont des dispositifs de détection de photons uniques traditionnels dans la bande UV, mais ils ont les inconvénients d'une faible sensibilité, d'une durée de vie courte, d'une sensibilité au champ magnétique, etc., et ne peuvent pas fonctionner de manière stable pendant une longue période dans des environnements difficiles (haute température, vibration, rayonnement fort). En revanche, le matériau semi-conducteur 4H-SIC à bande large, caractérisé par une conductivité thermique élevée, une résistance aux radiations élevées, un taux de dérive à une saturation électronique élevée et des performances stables, présente des avantages importants de performances de matériau dans le développement de nouveaux détecteurs à phot-photon à semi-conducteur ultraviolet. Cependant, pendant une longue période, l'indice de performance des détecteurs de photons uniques basée sur ce matériau est médiocre, en particulier l'efficacité de détection est très faible et le taux de comptage sombre est très élevé, ce qui fait que ce type de détecteur de photons unique n'a aucune valeur pratique.
Ces dernières années, une équipe de l'Université des sciences et de la technologie de Chine (USTC) et de l'Université Nanjing (NU) a fait une série de percées dans les recherches conjointes sur les détecteurs de photons unifducteurs ultraviolets. La technologie, et pour la première fois, a développé un prototype de détecteur à photon unique miniaturisé 4H-SIC de valeur pratique, qui a été utilisé comme prototype pour la première fois. Prototype de détecteur à photon unique avec une efficacité de détection de 10,3% et un taux de comptage sombre de 133 kcps dans la bande de 266 nm [Rev. Sci. Instrum. 94, 033101 (2023)]. Depuis lors, l'équipe de recherche a utilisé le détecteur pour démontrer la première expérience d'imagerie à photons monocylois dans la bande Ultraviolet (UV), atteignant l'imagerie à photons unique avec une résolution d'imagerie d'environ 6 pw 192 pixels et une fréquence d'images de 4 FPS à une intensité de lumière reçue d'environ 6 pw.
Fig. 1. (A) Structure de photodiode d'avalanche à photon unique 4H-SIC; (b) Circuit de lecture de récupération active de trempe active
Sur cette base, l'équipe de recherche a continué à travailler sur l'indice de performance des détecteurs à photon unique 4H-SIC. D'une part, l'efficacité de détection à photons unique du dispositif a été améliorée en optimisant de manière itérative la structure et le processus de photodiode à photonanche unique 4H-SIC; D'un autre côté, un nouveau type de circuit de lecture de récupération active à rechange active a été développé pour le dispositif de photodiode d'avalanche à photon unique 4H-SIC, qui a effectivement supprimé la probabilité d'impulsion en dos du détecteur et a considérablement amélioré le taux de comptage de saturation en même temps. Après la caractérisation, le nouveau détecteur a une efficacité de détection de 16,6% dans la bande 266 nm, un taux de comptage sombre de 138 kcps, une probabilité post-impulsion de 2,7% et un taux de comptage de saturation de 13 mCPS, qui répond essentiellement aux exigences de performance des détecteurs à phottes uniques pour les applications LIDAR monomoton UV.
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 Le taux d'atténuation du signal d'écho laser peut être effectué inversement la concentration atmosphérique d'ozone à différentes hauteurs. Afin de comparer les données, les signaux d'écho ont été divisés en deux chemins et détectés et inversés avec le tube photomultiplier traditionnel et le nouveau détecteur à photon unique 4H-SIC, respectivement, et les résultats expérimentaux ont montré que les distributions de concentration d'ozone dans la plage de 1 ~ 3,5 km utilisant les deux détecteurs étaient fortement avec les performances inverties. Les travaux ci-dessus fournissent une solution pratique haute performance et hautement tolérante pour l'environnement pour le lidar à photon unique dans la bande UV.
Fig. 2. (a) Diagramme schématique; (b) Observation continue de la concentration d'ozone
