Bằng cách sử dụng tính năng Phát hiện Photon, các thiết bị có thể cảm nhận được những gì thông thường không nhìn thấy được, tạo điều kiện cho các ứng dụng mang tính đột phá trong lĩnh vực an toàn ô tô, hình ảnh y tế, robot và tự động hóa công nghiệp. Bằng cách phát hiện một photon đơn lẻ, nó có thể phát hiện các tín hiệu nhỏ trong thời gian thực và nhận ra khoảng cách đo chính xác để phát hiện bệnh sớm.
Máy nhân quang (PMT) được phát minh vào những năm 1930 và là tiêu chuẩn vàng để phát hiện photon, nhưng các ống chân không bằng thủy tinh của chúng rất mỏng manh và quá lớn để tích hợp trong 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 với tiện ích APD, họ có thể thử thế hệ ống nhân quang silicon (SiPM) công nghệ phát hiện quang tử mới. Dòng AFBR-S4 SiPM của Broadcom cung cấp khả năng phát hiện quang tử tiên tiến và các nhà thiết kế có thể dễ dàng tích hợp chúng vào LiDAR, máy quét y tế, cảm biến công nghiệp hoặc các ứng dụng đòi hỏi khắt khe khác.
Thắp sáng ánh sáng đổi mới
Ánh sáng có thể truyền những thông tin quan trọng như khoảng cách, chuyển động, hóa học và bức xạ qua từng photon. Việc phát hiện các photon này, đặc biệt là khi chúng hiếm hoặc tức thời, là nền tảng để hỗ trợ các công nghệ như LiDAR, máy quét y tế tiên tiến và cảm biến công nghiệp siêu chính xác trong ô tô tự lái.
Thách thức là các photon rất nhỏ và thoáng qua nên cần có các máy dò đặc biệt để thu các photon 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 có độ nhạy cao và độ ồn thấp nhưng chúng không dễ dàng 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 một diode silicon như một giải pháp nhỏ hơn, nhanh hơn. Tuy nhiên, trong điều kiện ánh sáng yếu, các thiết bị này khó có thể phát hiện một photon đơn lẻ một cách đáng tin cậy, do đó tín hiệu được tạo ra bởi ánh sáng yếu cũng tương ứng yếu.
SiPM phát hiện các photon đơn lẻ như PMT nhưng chip của nó nhỏ gọn, điện áp thấp, chắc chắn và ngay cả ánh sáng yếu nhất cũng có thể đo được ngay lập tức. Thiết bị này bao gồm một dãy các tế bào vi mô nhỏ, mỗi tế bào hoạt động ở chế độ Geiger, sao cho một photon tạo ra một xung điện hoàn chỉnh và đồng đều.
Chức năng của mỗi vi tế bào về cơ bản giống như một công tắc kỹ thuật số, bật lên khi các photon được bắt giữ. Khi được kích hoạt, tế bào sẽ thiết lập lại và sẵn sàng cho photon tiếp theo để cảm biến hoạt động với hàng nghìn tế bào, đếm một photon đơn lẻ và xử lý tín hiệu quang mạnh hơn.
MÁY DÒ PHOTON HIỆU SUẤT CAO NHỎ GỌN
Dòng AFBR-S4 SiPM của Broadcom tích hợp độ nhạy photon đơn, thời gian nhanh và hiệu suất mạnh mẽ trong một gói nhỏ gọn, thiết thực nhằm đơn giản hóa độ phức tạp và dễ dàng tích hợp các 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) giúp các nhà thiết kế sản phẩm nhanh chóng đưa các ứng dụng dựa trên SiPM ra thị trường. Bộ phần mềm này cung cấp nền tảng sẵn sàng sử dụng để thử nghiệm, tạo nguyên mẫu và tích hợp các cảm biến AFBR-S4 mà không cần thiết kế mạch điện riêng cho chúng. Điều này làm giảm rủi ro phát triển và cho phép thử nghiệm nhiều lần phần cứng và phần mềm trước khi thực hiện bố cục PCB hoặc thiết kế sản xuất tùy chỉnh.