Bằng cách sử dụng khả năng phát hiện photon, các thiết bị có thể nhận biết những thứ thường vô hình, đạt được những ứng dụng đột phá trong an toàn ô tô, hình ảnh y tế, robot và tự động hóa công nghiệp. Bằng cách phát hiện từng photon riêng lẻ, các tín hiệu nhỏ có thể được phát hiện trong thời gian thực, cho phép đo khoảng cách chính xác và phát hiện bệnh sớm.
Ống nhân quang (PMT) được phát minh vào những năm 1930 và là tiêu chuẩn vàng để phát hiện các photon. Tuy nhiên, ống chân không bằng thủy tinh của nó rất mỏng manh và quá lớn để có thể tích hợp vào các ứng dụng quan trọng như ô tô, máy bay không người lái, thiết bị cầm tay hoặc thiết bị tiêu dùng. Ngược lại, điốt quang tuyết lở trạng thái rắn (APD) thực tế hơn nhưng kém nhạy hơn PMT.
Khi các nhà thiết kế sản phẩm cần một giải pháp thay thế cấp độ chip kết hợp độ nhạy PMT và tính thực tiễn của APD, họ có thể thử công nghệ phát hiện photon thế hệ mới - ống nhân quang silicon (SiPM). Dòng AFBR-S4 SiPM của Broadcom đạt được khả năng phát hiện photon tiên tiến và các nhà thiết kế có thể dễ dàng tích hợp nó vào LiDAR, máy quét y tế, cảm biến công nghiệp hoặc các ứng dụng khác có nhu cầu cao.
Thắp sáng ánh sáng đổi mới
Ánh sáng có thể truyền tải những thông tin quan trọng như khoảng cách, chuyển động, hóa học và bức xạ qua mỗi photon. Việc phát hiện các photon này, đặc biệt là khi chúng hiếm hoặc đến ngay lập tức, là cơ sở để hiện thực hóa các công nghệ như LiDAR, máy quét y tế tiên tiến và cảm biến công nghiệp siêu chính xác trong xe tự hành.
Thách thức là các photon cực kỳ nhỏ và thoáng qua, đòi hỏi các máy dò chuyên dụng để thu giữ chúng và khuếch đại chúng thành tín hiệu có thể sử dụng được. PMT chuyển đổi từng photon thành electron, sau đó được khuếch đại bằng các điện cực trong ống chân không để tạo ra các xung điện có thể đo được. Mặc dù chúng có độ nhạy cao và độ ồn thấp nhưng chúng không dễ lắp đặt trong các hệ thống nhỏ gọn hiện đại.
APD là một giải pháp thay thế trạng thái rắn thực tế hơn giúp khuếch đại các photon thông qua quá trình tuyết lở bên trong trong điốt silicon, trở thành một giải pháp nhỏ hơn và nhanh hơn. Tuy nhiên, trong điều kiện ánh sáng yếu, các thiết bị này khó phát hiện các photon đơn lẻ một cách đáng tin cậy, dẫn đến tín hiệu tương ứng yếu hơn do ánh sáng yếu tạo ra.
SiPM phát hiện các photon đơn lẻ như PMT, nhưng cấu trúc chip của nó nhỏ gọn, điện áp thấp và bền, cho phép đo ngay cả ánh sáng yếu nhất ngay lập tức. Thiết bị này bao gồm các mảng pin siêu nhỏ, mỗi mảng hoạt động ở chế độ Geiger, do đó, một photon có thể tạo ra xung điện hoàn chỉnh và đồng đều.
Chức năng của mỗi micropin về cơ bản giống như một công tắc kỹ thuật số mở ra vào thời điểm nó thu được một photon. Sau khi kích hoạt, pin sẽ đặt lại và sẵn sàng nhận photon tiếp theo, để các cảm biến hoạt động cùng với hàng nghìn pin có thể đếm từng photon riêng lẻ và xử lý tín hiệu ánh sáng mạnh hơn.
Máy dò photon hiệu suất cao nhỏ gọn
Dòng AFBR-S4 SiPM của Broadcom tích hợp độ nhạy photon đơn lẻ, thời gian nhanh và hiệu suất mạnh mẽ trong một gói nhỏ gọn và thiết thực, đơn giản hóa độ phức tạp và dễ dàng tích hợp công nghệ phát hiện ánh sáng tiên tiến vào các sản phẩm có thể bán được trên thị trường.
Bộ đánh giá AFBR-S4E001 của Broadcom (Hình 1) có thể giúp các nhà thiết kế sản phẩm nhanh chóng đưa các ứng dụng dựa trên SiPM ra thị trường. Bộ công cụ này cung cấp nền tảng sẵn sàng sử dụng để thử nghiệm, tạo mẫu và tích hợp các cảm biến AFBR-S4 mà không cần thiết kế mạch chuyên dụng. Điều này làm giảm rủi ro phát triển vì phần cứng và phần mềm có thể được kiểm tra nhiều lần trước khi đưa ra bố cục PCB hoặc thiết kế sản xuất tùy chỉnh.