كاشف ضوئي لقياس المسافات بالليزر وقياس المسافات السريعة

حاليًا، توجد ثلاثة أنماط رئيسية لقمع الانهيارات الضوئية في ثنائيات الفوتون الضوئية InGaAs: القمع السلبي، والقمع النشط، والكشف المُبوَّب. يُطيل القمع السلبي زمن توقف الثنائيات الضوئية للانهيارات الضوئية، ويُقلل بشكل كبير من معدل العد الأقصى للكاشف، بينما يُعد القمع النشط مُعقَّدًا للغاية نظرًا لتعقيد دائرة القمع وتَسلُّل الإشارة. يُستخدم حاليًا نمط الكشف المُبوَّب في الكشف عن الفوتونات المفردة، وهو الأكثر استخدامًا.

تُحسّن تقنية كشف الفوتون الواحد دقة وكفاءة الكشف في النظام بشكل فعال. في نظام الاتصالات الليزرية الفضائية، تكون شدة مجال الضوء الساقط ضعيفة جدًا، وتكاد تصل إلى مستوى الفوتون. في هذه الحالة، ستتشوش الإشارة التي يلتقطها الكاشف الضوئي العام، أو حتى تُغمر بالضوضاء، بينما تُستخدم تقنية كشف الفوتون الواحد لقياس هذه الإشارة الضوئية الضعيفة للغاية. تتميز تقنية كشف الفوتون الواحد، القائمة على ثنائيات ضوئية من نوع InGaAs ذات بوابة، بانخفاض احتمالية النبضة اللاحقة، وانخفاض تذبذب الوقت، وارتفاع معدل العد.

لعب قياس المدى بالليزر دورًا هامًا في العديد من المجالات، مثل التحكم الصناعي والاستشعار عن بُعد العسكري والاتصالات البصرية الفضائية، وذلك بفضل دقته وسرعته، ومع التقدم المستمر في تكنولوجيا الإلكترونيات الضوئية. من بينها، بالإضافة إلى تقنية قياس المدى النبضي التقليدية، تُقترح باستمرار حلول جديدة لقياس المدى، مثل تقنية كشف الفوتون المفرد القائمة على نظام عد الفوتونات، مما يحسن كفاءة كشف إشارة الفوتون المفرد ويكبح الضوضاء لتحسين دقة النظام. في قياس المدى بالفوتون المفرد، يحدد تذبذب وقت كاشف الفوتون المفرد وعرض نبضة الليزر دقة نظام القياس. في السنوات الأخيرة، تطورت ليزرات البيكو ثانية عالية الطاقة بسرعة، مما جعل تذبذب وقت كاشفات الفوتون المفرد مشكلة رئيسية تؤثر على دقة دقة أنظمة قياس المدى بالفوتون المفرد.