Riċentement, l-Università tax-Xjenza u t-Teknoloġija taċ-Ċina, Zhang Jun u l-Università Konġunta oħra ta 'Nanjing, Lu Hai, Tim ta' Zhang Rong fid-direzzjoni tal-faxxa ultravjola ta 'foton wieħed lidar għamel progress ġdid, permezz tad-disinn u l-preparazzjoni ta' fotodjodju ta 'rkupru ta' fotoni wieħed ibbażat fuq materjal attiv ta 'l-irkupru attiv, żviluppaw Detector ta 'fotoni singoli tas-semikondutturi, bl-użu tad-ditekter għall-ewwel darba biex jirrealizza s-sistema ta' l-ożonu ta 'assorbiment differenzjali ta' foton wieħed, u jirrealizza l-monitoraġġ tal-konċentrazzjoni ta 'l-ożonu fil-firxa ta' altitudni ta '1 ~ 3.5km.
Teknoloġija ta 'skoperta ta' fotoni singoli UV għandha rwol importanti f'xenarji ta 'applikazzjoni bħal monitoraġġ atmosferiku, skoperta ta' fjammi tad-denb, skoperta ta 'ark elettriku u twissija ta' nar. Tubi fotomultiplier huma apparati tradizzjonali ta 'ditekter ta' fotoni singoli fil-medda UV, iżda għandhom l-iżvantaġġi ta 'sensittività baxxa, ħajja qasira, sensittività tal-kamp manjetiku, eċċ., U ma jistgħux jaħdmu b'mod stabbli għal perjodu twil ta' żmien f'ambjenti ħarxa (temperatura għolja, vibrazzjoni, radjazzjoni qawwija). B'kuntrast, il-materjal 4H-SIC ta 'semikondutturi ta' faxxa wiesgħa, ikkaratterizzat minn konduttività termali għolja, reżistenza għolja għar-radjazzjoni, rata għolja ta 'drift ta' saturazzjoni ta 'elettroni, u prestazzjoni stabbli, għandu vantaġġi ta' prestazzjoni materjali sinifikanti fl-iżvilupp ta 'ditekters ta' fotoni singoli ultravjola ġodda. Madankollu, għal żmien twil, l-indiċi tal-prestazzjoni ta 'ditekters ta' fotoni singoli bbażati fuq dan il-materjal huwa fqir, speċjalment l-effiċjenza tad-detezzjoni hija baxxa ħafna u r-rata tal-għadd skur hija għolja ħafna, u dan jagħmel dan it-tip ta 'ditekter tal-fotoni wieħed m'għandux valur prattiku.
F’dawn l-aħħar snin, tim mill-Università tax-Xjenza u t-Teknoloġija taċ-Ċina (USTC) u l-Università ta ’Nanjing (NU) għamel serje ta’ avvanzi fir-riċerka konġunta fuq ditekters ta ’fotoni singoli tas-semikondutturi ultravjola.2023. Teknoloġija taċ-ċirkwit tal-qari, u għall-ewwel darba, żviluppaw prototip minjaturizzat ta '4H-SiC ta' ditekter ta 'fotoni ta' valur prattiku, li ntuża bħala prototip għall-ewwel darba. Prototip ta 'ditekter b'fotoni singoli b'effiċjenza ta' skoperta ta '10.3% u rata ta' għadd skur ta '133 kcps fil-medda ta' 266 nm [Rev. Sci. Instrum. 94, 033101 (2023)]. Minn dakinhar, it-tim ta 'riċerka uża d-ditekter biex juri l-ewwel esperiment ta' immaġini ta 'pixel wieħed ta' foton wieħed fil-medda ultravjola (UV), li kiseb immaġini ta 'fotoni singoli b'riżoluzzjoni ta' immaġini ta '192 × 192 pixel u rata ta' frame ta '4 FPS b'intensità ħafifa ta' madwar 6 PW.
Fig. 1. (a) 4H-sic-foton ta 'fotodiodi ta' fotoni singoli; (b) Ċirkwit ta 'qari ta' rkupru attiv ta 'tkessiħ attiv
Fuq din il-bażi, it-tim ta 'riċerka kompla jaħdem fuq l-indiċi tal-prestazzjoni ta' ditekters ta 'fotoni singoli 4H-SiC. Min-naħa l-waħda, l-effiċjenza ta 'skoperta ta' fotoni singoli tal-apparat ġiet imtejba billi ottimizza b'mod iterattiv l-istruttura u l-proċess ta 'fotodijodi ta' valanga ta 'fotoni singoli 4H-SIC; Min-naħa l-oħra, ġie żviluppat tip ġdid ta 'ċirkwit ta' qari ta 'rkupru attiv ta' l-irkupru attiv għall-apparat ta 'fotodijodi ta' valanga ta 'fotoni singoli 4H-SiC, li effettivament rażżan il-probabbiltà ta' detector b'lura u tejjeb b'mod sinifikanti r-rata tal-għadd ta 'saturazzjoni fl-istess ħin. Wara l-karatterizzazzjoni, id-ditekter il-ġdid għandu effiċjenza ta 'skoperta ta' 16.6% fil-medda ta '266nm, rata ta' għadd skur ta '138kcps, probabbiltà ta' wara l-polz ta '2.7%, u rata ta' għadd ta 'saturazzjoni ta' 13MCPs, li bażikament tissodisfa r-rekwiżiti ta 'prestazzjoni ta' ditekters ta 'fotoni singoli għal applikazzjonijiet LiDAR ta' fotoni uniċi.
It-tim ta 'riċerka uża d-ditekter għall-ewwel darba fis-sistema lidar ta' l-ożonu ta 'assorbiment differenzjali wieħed biex iwettaq applikazzjonijiet relatati, is-sistema LiDAR se tkun 289nm u 316nm l-emissjoni vertikali bil-lejżer pulsata fl-atmosfera fl-istess ħin, minħabba l-molekuli ta' l-ozone ta 'l-assorbiment tal-laser taż-żewġ tul ta' żmien ta 'l-assorbiment tal-laser ta' l-assorbiment ta 'żewġ tul ta' żmien ta 'l-assorbiti ta' żewġ meded ta 'l-għeruq It-tqabbil taż-żewġ rata ta 'attenwazzjoni tas-sinjal tal-eku tal-lejżer jista' jitwettaq b'mod invers il-konċentrazzjoni atmosferika ta 'l-ożonu f'għoli differenti. Sabiex titqabbel id-dejta, is-sinjali tal-eku ġew maqsuma f'żewġ mogħdijiet u skoperti u maqluba bit-tubu fotomultiplier tradizzjonali u d-ditekter ġdid ta 'fotoni singoli 4H-SiC, rispettivament, u r-riżultati sperimentali wrew li d-distribuzzjonijiet tal-konċentrazzjoni ta' l-ożonu fil-firxa ta '1 ~ 3.5km bl-użu taż-żewġ ditekters kienu koinċidenti ħafna mal-prestazzjonijiet invertiti. Ix-xogħol ta 'hawn fuq jipprovdi soluzzjoni prattika ta' prestazzjoni għolja u tolleranti għall-ambjent ħafna għal lidar ta 'foton wieħed fil-medda UV.
Fig. 2 (a) dijagramma skematika; (b) Osservazzjoni kontinwa tal-konċentrazzjoni tal-ożonu
