Χρησιμοποιώντας δυνατότητες ανίχνευσης φωτονίων, οι συσκευές μπορούν να αντιληφθούν πράγματα που είναι συνήθως αόρατα, επιτυγχάνοντας καινοτόμες εφαρμογές στην ασφάλεια του αυτοκινήτου, την ιατρική απεικόνιση, τη ρομποτική και τον βιομηχανικό αυτοματισμό. Ανιχνεύοντας μεμονωμένα φωτόνια, μικρά σήματα μπορούν να ανιχνευθούν σε πραγματικό χρόνο, επιτρέποντας ακριβή μέτρηση απόστασης και έγκαιρη ανίχνευση ασθενειών.
Ο σωλήνας φωτοπολλαπλασιαστή (PMT) εφευρέθηκε τη δεκαετία του 1930 και είναι το χρυσό πρότυπο για την ανίχνευση φωτονίων. Ωστόσο, ο γυάλινος σωλήνας κενού του είναι εύθραυστος και πολύ μεγάλος για να ενσωματωθεί σε βασικές εφαρμογές όπως αυτοκίνητα, drones, φορητές συσκευές ή καταναλωτικές συσκευές. Αντίθετα, οι φωτοδίοδοι χιονοστιβάδας στερεάς κατάστασης (APD) είναι πιο πρακτικές αλλά λιγότερο ευαίσθητες από την PMT.
Όταν οι σχεδιαστές προϊόντων χρειάζονται μια εναλλακτική λύση σε επίπεδο τσιπ που συνδυάζει την ευαισθησία PMT και την πρακτικότητα APD, μπορούν να δοκιμάσουν μια νέα γενιά τεχνολογίας ανίχνευσης φωτονίων - σωλήνες φωτοπολλαπλασιασμού πυριτίου (SiPM). Η σειρά AFBR-S4 SiPM της Broadcom επιτυγχάνει υπερσύγχρονες δυνατότητες ανίχνευσης φωτονίων και οι σχεδιαστές μπορούν εύκολα να το ενσωματώσουν στο LiDAR, ιατρικούς σαρωτές, βιομηχανικούς αισθητήρες ή άλλες εφαρμογές με υψηλή ζήτηση.
Φωτίστε το φως της καινοτομίας
Το φως μπορεί να μεταδώσει σημαντικές πληροφορίες όπως η απόσταση, η κίνηση, η χημεία και η ακτινοβολία μέσω κάθε φωτονίου. Η ανίχνευση αυτών των φωτονίων, ειδικά όταν είναι σπάνια ή φτάνουν ακαριαία, είναι η βάση για την υλοποίηση τεχνολογιών όπως το LiDAR, οι προηγμένοι ιατρικοί σαρωτές και οι βιομηχανικοί αισθητήρες εξαιρετικά ακριβείας σε αυτόνομο όχημα.
Η πρόκληση είναι ότι τα φωτόνια είναι εξαιρετικά μικρά και φευγαλέα, απαιτώντας εξειδικευμένους ανιχνευτές για να τα συλλάβουν και να τα ενισχύσουν σε χρησιμοποιήσιμα σήματα. Το PMT μετατρέπει μεμονωμένα φωτόνια σε ηλεκτρόνια, τα οποία στη συνέχεια ενισχύονται από ηλεκτρόδια σε σωλήνα κενού για να δημιουργήσουν μετρήσιμους ηλεκτρικούς παλμούς. Αν και έχουν υψηλή ευαισθησία και χαμηλό θόρυβο, δεν είναι εύκολο να εγκατασταθούν σε σύγχρονα συμπαγή συστήματα.
Το APD είναι μια πιο πρακτική εναλλακτική λύση στερεάς κατάστασης που ενισχύει τα φωτόνια μέσω της διαδικασίας εσωτερικής χιονοστιβάδας σε διόδους πυριτίου, καθιστώντας μια μικρότερη και ταχύτερη λύση. Ωστόσο, υπό συνθήκες χαμηλού φωτισμού, αυτές οι συσκευές δυσκολεύονται να ανιχνεύσουν αξιόπιστα μεμονωμένα φωτόνια, με αποτέλεσμα αντίστοιχα ασθενέστερα σήματα που παράγονται από χαμηλό φως.
Το SiPM ανιχνεύει μεμονωμένα φωτόνια όπως το PMT, αλλά η δομή του τσιπ είναι συμπαγής, χαμηλής τάσης και ανθεκτική, επιτρέποντας την άμεση μέτρηση ακόμη και του πιο αδύναμου φωτός. Αυτή η συσκευή αποτελείται από μικροσκοπικές συστοιχίες μικρομπαταριών, καθεμία από τις οποίες λειτουργεί σε λειτουργία Geiger, έτσι ώστε ένα φωτόνιο να μπορεί να παράγει έναν πλήρη και ομοιόμορφο ηλεκτρικό παλμό.
Η λειτουργία κάθε μικρομπαταρίας είναι ουσιαστικά σαν ένας ψηφιακός διακόπτης που ανοίγει τη στιγμή που συλλαμβάνει ένα φωτόνιο. Μετά την ενεργοποίηση, η μπαταρία επανέρχεται και είναι έτοιμη να λάβει το επόμενο φωτόνιο, έτσι ώστε οι αισθητήρες που συνεργάζονται με χιλιάδες μπαταρίες να μπορούν να μετρούν μεμονωμένα φωτόνια και να επεξεργάζονται ισχυρότερα φωτεινά σήματα.
Συμπαγής ανιχνευτής φωτονίων υψηλής απόδοσης
Η σειρά AFBR-S4 SiPM της Broadcom ενσωματώνει την ευαισθησία ενός φωτονίου, τον γρήγορο χρονισμό και την ισχυρή απόδοση σε ένα συμπαγές και πρακτικό πακέτο, απλοποιώντας την πολυπλοκότητα και ενσωματώνοντας εύκολα την προηγμένη τεχνολογία ανίχνευσης φωτός σε εμπορεύσιμα προϊόντα.
Το κιτ αξιολόγησης AFBR-S4E001 της Broadcom (Εικόνα 1) μπορεί να βοηθήσει τους σχεδιαστές προϊόντων να φέρουν γρήγορα στην αγορά εφαρμογές που βασίζονται στο SiPM. Αυτό το κιτ παρέχει μια έτοιμη προς χρήση πλατφόρμα για δοκιμή, δημιουργία πρωτοτύπων και ενσωμάτωση αισθητήρων AFBR-S4, χωρίς την ανάγκη εξειδικευμένου σχεδιασμού κυκλώματος. Αυτό μειώνει τους κινδύνους ανάπτυξης, καθώς το υλικό και το λογισμικό μπορούν να ελεγχθούν επανειλημμένα πριν από τη δέσμευση για προσαρμοσμένη διάταξη PCB ή σχεδιασμό παραγωγής.