フォトン検出機能を使用すると、デバイスは通常は見えないものを感知できるようになり、自動車の安全性、医療画像処理、ロボット工学、産業オートメーションにおける破壊的なアプリケーションが可能になります。単一光子を検出することで微小信号をリアルタイムに検出し、病気の早期発見まで正確な測定距離を実現します。
光電子増倍管 (PMT) は 1930 年代に発明され、光子検出のゴールドスタンダードですが、そのガラス真空管は壊れやすく、自動車、無人航空機、携帯機器、民生用機器などの重要な用途に組み込むには大きすぎます。対照的に、固体アバランシェフォトダイオード (APD) はより実用的ですが、PMT よりも感度が低くなります。
製品設計者が PMT 感度と APD ユーティリティを組み合わせたチップ レベルの代替手段を必要とする場合、新世代の光検出技術であるシリコン光電子増倍管 (SiPM) を試すことができます。 Broadcom の AFBR-S4 SiPM シリーズは、最先端の光検出機能を提供し、設計者はそれらを LiDAR、医療スキャナ、産業用センサー、またはその他の要求の厳しいアプリケーションに簡単に統合できます。
イノベーションの光を灯す
光は、距離、運動、化学、放射線などの重要な情報を各光子を通じて伝達します。これらの光子、特に光子が稀な場合や瞬間的な場合の検出は、自動運転車で LiDAR、高度な医療スキャナー、超高精度産業用センサーなどのテクノロジーを実現するための基礎となります。
課題は、光子が非常に小さく一瞬であるため、光子を捕捉して使用可能な信号に増幅するために特別な検出器が必要であることです。 PMT は個々の光子を電子に変換し、その後真空管内の電極によって増幅されて測定可能な電気パルスを生成します。高感度で低ノイズであるにもかかわらず、現代のコンパクトなシステムに簡単に取り付けることはできません。
APD は、シリコン ダイオードの内部アバランシェ プロセスを通じて光子を増幅する、より実用的なソリッド ステートの代替手段であり、より小型で高速なソリューションです。ただし、弱い光の条件下では、これらのデバイスが単一の光子を確実に検出することが困難であるため、弱い光によって生成される信号もそれに応じて弱くなります。
SiPM は PMT と同様に単一光子を検出しますが、そのチップは小型、低電圧、堅牢であり、最も弱い光でもすぐに測定できます。このデバイスは小さなマイクロセルのアレイで構成されており、それぞれがガイガーモードで動作するため、1つの光子が完全で均一な電気パルスを生成します。
各マイクロセルの機能は本質的にデジタル スイッチのようなもので、光子が捕捉されるとオンになります。トリガーされると、セルはリセットされ、次の光子に備える準備が整います。そのため、数千のセルで動作するセンサーが単一の光子をカウントし、より強力な光信号を処理します。
小型高性能フォトンディテクタ
Broadcom の AFBR-S4 SiPM シリーズは、単一光子感度、高速タイミング、強力なパフォーマンスをコンパクトで実用的なパッケージに統合し、複雑さを簡素化し、高度な光検出技術の市場性のある製品への統合を容易にします。
Broadcom の AFBR-S4E001 評価スイート (図 1) は、製品設計者が SiPM ベースのアプリケーションを迅速に市場に投入するのに役立ちます。このスイートは、AFBR-S4 センサー専用の回路を設計することなく、AFBR-S4 センサーのテスト、プロトタイピング、統合を行うためのすぐに使用できるプラットフォームを提供します。これにより、開発のリスクが軽減され、カスタム PCB レイアウトや製品設計に着手する前にハードウェアとソフトウェアを繰り返しテストできるようになります。