Fotodetektor für Laser- und Speed-Ranging

Derzeit gibt es hauptsächlich drei Avalanche-Unterdrückungsmodi für InGaAs-APDs: passive Unterdrückung, aktive Unterdrückung und Gated-Detektion. Passive Unterdrückung erhöht die Totzeit von Avalanche-Photodioden und reduziert die maximale Zählrate des Detektors erheblich, während aktive Unterdrückung aufgrund der komplexen Unterdrückungsschaltung und der Emissionsneigung der Signalkaskade zu aufwändig ist. Der Gated-Detektionsmodus wird derzeit bei der Einzelphotonendetektion eingesetzt und ist am weitesten verbreitet.

Die Einzelphotonendetektionstechnologie kann die Genauigkeit und Detektionseffizienz des Systems effektiv verbessern. In weltraumgestützten Laserkommunikationssystemen ist die Intensität des einfallenden Lichtfeldes sehr schwach und erreicht fast das Photonenniveau. Das vom herkömmlichen Fotodetektor erfasste Signal wird zu diesem Zeitpunkt durch Rauschen gestört oder sogar übertönt. Die Einzelphotonendetektionstechnologie hingegen misst dieses extrem schwache Lichtsignal. Die auf getriggerten InGaAs-Lawinenphotodioden basierende Einzelphotonendetektionstechnologie zeichnet sich durch eine geringe Nachimpulswahrscheinlichkeit, geringes Zeitjitter und eine hohe Zählrate aus.

Aufgrund ihrer Präzision und Schnelligkeit sowie der kontinuierlichen Weiterentwicklung der optoelektronischen Technologie spielt die Laser-Entfernungsmessung in vielen Bereichen eine wichtige Rolle, beispielsweise in der industriellen Steuerung, der militärischen Fernerkundung und der optischen Weltraumkommunikation. Neben der herkömmlichen Impuls-Entfernungsmessung werden ständig neue Lösungen entwickelt, wie beispielsweise die Einzelphotonen-Erkennungstechnologie auf Basis eines Photonenzählsystems, das die Erkennungseffizienz eines Einzelphotonensignals verbessert und Rauschen unterdrückt, um die Entfernungsgenauigkeit des Systems zu verbessern. Bei der Einzelphotonen-Entfernungsmessung bestimmen der Zeitjitter des Einzelphotonendetektors und die Laserimpulsbreite die Genauigkeit des Entfernungsmesssystems. In den letzten Jahren haben sich Hochleistungs-Pikosekundenlaser rasant weiterentwickelt, sodass der Zeitjitter von Einzelphotonendetektoren zu einem großen Problem geworden ist, das die Auflösungsgenauigkeit von Einzelphotonen-Entfernungsmesssystemen beeinträchtigt.