به تازگی ، دانشگاه علوم و فناوری چین ، ژانگ جون و دیگر دانشگاه مشترک نانجینگ ، لو ها ، تیم ژانگ رونگ در جهت گروه ماوراء بنفش تک فوتون لیدر پیشرفت جدیدی را انجام داده است ، از طریق طراحی و تهیه فوتوددیود تک فوتون بر اساس 4H-Siciociociocial ، توسعه یافته است که توسعه یافته است. ردیاب تک فوتون ، با استفاده از ردیاب برای اولین بار برای تحقق سیستم لیدر ازن جذب دیفرانسیل تک فوتون ، و تحقق نظارت بر غلظت ازن در محدوده ارتفاع 3.5 کیلومتر.
فن آوری تشخیص تک فوتون UV نقش مهمی در سناریوهای کاربردی مانند نظارت جوی ، تشخیص شعله دم ، تشخیص قوس الکتریکی و هشدار آتش دارد. لوله های فوتومولتیپیلر دستگاه های ردیاب تک فوتون سنتی در باند UV هستند ، اما آنها دارای مضرات حساسیت کم ، طول عمر کوتاه ، حساسیت به میدان مغناطیسی و غیره هستند و نمی توانند برای مدت طولانی در محیط های سخت (دمای بالا ، لرزش ، تابش قوی) پایدار باشند. در مقابل ، ماده نیمه هادی 4H-SIC با باند گسترده ، که با هدایت حرارتی بالا ، مقاومت در برابر تابش زیاد ، میزان فشار زیاد اشباع الکترونی و عملکرد پایدار مشخص می شود ، دارای مزایای عملکرد قابل توجهی در توسعه ردیاب های تک فوتون نیمه هادی جدید است. با این حال ، برای مدت طولانی ، شاخص عملکرد ردیاب های فوتون تک بر اساس این ماده ضعیف است ، به خصوص راندمان تشخیص بسیار کم است و میزان شمارش تاریک بسیار زیاد است ، که باعث می شود این نوع از ردیاب فوتون واحد ارزش عملی نداشته باشد.
در سالهای اخیر ، تیمی از دانشگاه علوم و فناوری چین (USTC) و دانشگاه نانجینگ (NU) یک سری از پیشرفت ها را در تحقیقات مشترک در مورد آشکارسازهای یک فوتونی نیمه هادی ماوراء بنفش انجام داده اند. فناوری و برای اولین بار ، نمونه اولیه آشکارساز تک فوتون 4H-SIC مینیاتوریزه از ارزش عملی را تهیه کرد که برای اولین بار به عنوان نمونه اولیه مورد استفاده قرار گرفت. نمونه اولیه آشکارساز تک فوتونی با راندمان تشخیص 10.3 ٪ و میزان شمارش تاریک 133 کیلو درجه سانتیگراد در باند 266 نانومتر [Rev. علمی ساز 94 ، 033101 (2023)]. از آن زمان ، تیم تحقیقاتی از ردیاب برای نشان دادن اولین آزمایش تصویربرداری تک پیکسل تک عکس در باند ماوراء بنفش (UV) استفاده کرده است ، و به تصویربرداری تک فوتون با وضوح تصویربرداری از پیکسل 192 192 192 و میزان فریم 4 FPS با شدت نور در حدود 6 PW رسیده است.
شکل 1. (الف) ساختار فوتودیود بهمن تک فوتون 4H-SIC ؛ (ب) خاموش کردن فعال بازیابی فعال بازیابی فعال
بر این اساس ، تیم تحقیقاتی همچنان روی شاخص عملکرد آشکارسازهای تک فوتونی 4H-SIC کار کرده است. از یک طرف ، راندمان تشخیص تک فوتونی دستگاه با بهینه سازی تکراری ساختار و فرآیند فوتودیود بهمن تک فوتون 4H-SIC بهبود یافته است. از طرف دیگر ، یک نوع جدید از مدار بازخوانی فعال بازخوانی فعال فعال برای دستگاه فوتودیود بهمن تک فوتون 4H-SIC تهیه شده است ، که به طور موثری احتمال پالس پشتی را سرکوب کرده و به طور قابل توجهی میزان شمارش اشباع را به طور همزمان بهبود بخشیده است. پس از خصوصیات ، ردیاب جدید دارای راندمان تشخیص 16.6 ٪ در باند 266nm ، میزان شمارش تاریک 138kCps ، احتمال پس از پالس 2.7 ٪ و میزان شمارش اشباع 13mcps است که اساساً نیازهای عملکرد دفاعی تک فوتون را برای کاربردهای تک فوتون تک فوتون لیدار مطابقت می دهد.
تیم تحقیق برای اولین بار در سیستم جذب دیفرانسیل تک فوتون ازن برای انجام کاربردهای مرتبط از آن استفاده کرد ، سیستم لیدر به دلیل مولکول های ازن از دو طول موج ، در طول زمان ، از دوازدهم از طول عمودی ازن ، در همان زمان ، 289 نانومتری و 316nm پالس عمودی در جو ، در همان زمان به جو می رسد. میزان ضعف سیگنال اکو لیزر می تواند به طور معکوس غلظت جوی ازن در ارتفاعات مختلف انجام شود. به منظور مقایسه داده ها ، سیگنال های اکو به دو مسیر به دو مسیر تقسیم شده و به ترتیب با لوله سنتی فوتومولتیپیلر و آشکارساز تک فوتون 4H-SIC جدید شناسایی و معکوس شدند و نتایج تجربی نشان داد که توزیع غلظت ازن در محدوده 1 ~ 3.5 کیلومتر با استفاده از دو ردیاب بسیار تصادفی با عملکردهای پیش آمده است. کار فوق یک راه حل عملی با کارایی بالا و بسیار از نظر محیط زیست برای لیدر تک فوتونی در باند UV ارائه می دهد.
شکل 2. سیستم لیدر ازن جذب دیفرانسیل تک فوتون. (الف) نمودار شماتیک ؛ (ب) مشاهده مداوم غلظت ازن
