[發明專利]一種雪崩光電二極管探測陣列制備方法

無效

• 申請號: 201110086579.4
• 申請日: 2011-04-07
• 公開（公告）號: CN102254920A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 吳光;任旻;簡軼;梁焰;孔偉斌;王致遠;潘海峰;曾和平;王江濤
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;G02B6/43
• 代理公司: 上海申蒙商標專利代理有限公司 31214
• 代理人: 徐小蓉

技術領域

本發明屬于光電探測類，具體涉及一種雪崩光電二極管探測陣列制備方法，可以應用于激光三維成像等主動成像和測繪領域。

背景技術

激光主動成像和測繪是利用發射激光信號照射待測物體，然后收集反射回的光信號，從而獲取待測物體的二維像、距離、光譜信息等數據。這項技術在航天航空測繪領域有著重要的應用前景，近幾年，美國等發達國家陸續制定了激光主動成像和測繪系統的研制計劃。

目前，成像探測器件中，電荷耦合器件（CCD）是使用最廣的一種。常用的CCD成像器件有線型和面型兩種，CCD采用串行讀取數據的方式，即通過時序控制，逐個讀取每個像元的信息。串行數據讀取方式使得每個像元能夠獲取的光信號的時間信息受限于串行讀取速率，一般CCD的時間分辨率是微秒量級，這就使CCD無法精確的給出光信號的到達時間，也即無法得到待測物體的精確距離。所以，CCD器件一般用于被動成像系統中。隨著成像技術的發展，相繼出現了MOS探測陣列，和光電二極管陣列，這些器件的信號讀取都是采用串行方式，所以同樣無法提供精確的時間信息。

以上這些成熟的成像器件都不適用于激光主動成像和測繪系統，關鍵是探測陣列的時間分辨率，其制約因素主要有兩個方面：（1）是每個像元本身探測響應時間；（2）像元信號讀取方式。CCD和MOS探測陣列的像元均需要一定的積分時間，并且采用串行讀取方式，所以時間分辨率低，無法滿足高精度測距的要求。光電二極管陣列中，每個像元是一個光電二極管，其時間分辨率可以優于納秒量級，但是其串行讀取方式又將時間分辨率限制在微秒量級，同樣無法滿足高精度測距的要求。由此可見，除了組成像元的探測器必須擁有較高的時間分辨率，探測陣列必需采用并行讀取方式，才能獲取每個像元的完整信息包括時間信息。激光主動成像等應用需要測量反射回來的光信號，由于激光器功率的限制，所以反射光信號非常的微弱，所以通常采用具有高靈敏探測能力的雪崩光電二極管。目前，國際上已經有小規模例如8×8的硅-雪崩光電二極管陣列，這些陣列采用探測信號并行輸出，可以滿足激光主動成像的要求。但是，由于雪崩光電二極管的特點，器件制備的離散性很大，一個陣列上各個像元的雪崩光電二極管的工作點無法做到一致，影響了整體的探測性能，并且鄰近像元之間的雪崩光電二極管會出現信號串擾的影響。由于雪崩光電二極管的這些特殊性，所以最高性能的雪崩光電二極管都是點探測器，其性能指標能夠支持蓋格模式，可以探測單個光子的極微弱光信號。因此，如何保持雪崩光電二極管點探測器的超高靈敏度的探測性能，制備出中小規模的雪崩光電二極管陣列是一項亟待解決的技術難題。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術的不足，提供一種雪崩光電二極管探測陣列制備方法，該方法即保持了雪崩光電二極管點探測器的超高靈敏度的探測性能，又制備出中小規模的雪崩光電二極管陣列（并行數據輸出），滿足激光主動成像和測繪等對微弱光信號高靈敏陣列探測的要求，同時能夠保持雪崩光電二極管高時間分辨率的特點（優于納秒量級）。

本發明目的的實現由以下技術方案完成：

一種雪崩光電二極管探測陣列制備方法，其特征在于所述方法按照所述探測陣列的像元分布方式并以與之匹配對應的方式提供一種微透鏡陣列，作為探測平面，入射到所述微透鏡陣列平面的平行光或者近似平行光聚焦成若干光斑，所述若干光斑呈相同陣列排布，所述光斑耦合進多模光纖中，并通過多模光纖入射到與所述多模光纖耦合的雪崩光電二極管中，其中所述光斑的數量、所述多模光纖的數量以及所述雪崩光電二極管的數量分別一一對應，即每個雪崩光電二極管探測的光信號對應于所述微透鏡陣列平面上一個像元，入射到微透鏡陣列平面上的光信號，每束光都有對應的多模光纖耦合的雪崩光電二極管進行探測。

所述微透鏡陣列像元分布為m×m’，N=?m×m’，?m,?m’為像元數，N為雪崩光電二極管數量，其中m或?m’?=?1~40。

所述雪崩光電二極管為點探測器，每個雪崩光電二極管有單獨的信號輸出。

雪崩光電二極管的信號輸出采用的是并行方式，即有N路輸出信號，每路信號都完整的保持了每個雪崩光電二極管的輸出信號特征，包括探測到的入射到各個像元上的光強，和到達各個像元的光的時間信息。