En utilisant les capacités de détection de photons, les appareils peuvent percevoir des éléments habituellement invisibles, réalisant ainsi des applications révolutionnaires dans les domaines de la sécurité automobile, de l'imagerie médicale, de la robotique et de l'automatisation industrielle. En détectant des photons individuels, de petits signaux peuvent être détectés en temps réel, permettant une mesure précise de la distance et une détection précoce des maladies.
Le tube photomultiplicateur (PMT) a été inventé dans les années 1930 et constitue la référence en matière de détection de photons. Cependant, son tube à vide en verre est fragile et trop grand pour être intégré dans des applications clés telles que les automobiles, les drones, les appareils portables ou les appareils grand public. En revanche, les photodiodes à avalanche à semi-conducteurs (APD) sont plus pratiques mais moins sensibles que les PMT.
Lorsque les concepteurs de produits ont besoin d'une alternative au niveau de la puce combinant la sensibilité PMT et la praticité de l'APD, ils peuvent essayer une nouvelle génération de technologie de détection de photons : les tubes photomultiplicateurs en silicium (SiPM). La série AFBR-S4 SiPM de Broadcom offre des capacités de détection de photons de pointe, et les concepteurs peuvent facilement l'intégrer dans des LiDAR, des scanners médicaux, des capteurs industriels ou d'autres applications très demandées.
Illuminez la lumière de l’innovation
La lumière peut transmettre des informations importantes telles que la distance, le mouvement, la chimie et le rayonnement via chaque photon. La détection de ces photons, surtout lorsqu'ils sont rares ou arrivent instantanément, est à la base de la réalisation de technologies telles que le LiDAR, les scanners médicaux avancés et les capteurs industriels d'ultra précision dans les véhicules autonomes.
Le défi est que les photons sont extrêmement petits et éphémères, ce qui nécessite des détecteurs spécialisés pour les capturer et les amplifier en signaux utilisables. Le PMT convertit les photons individuels en électrons, qui sont ensuite amplifiés par des électrodes dans un tube à vide pour générer des impulsions électriques mesurables. Bien qu’ils aient une sensibilité élevée et un faible bruit, ils ne sont pas faciles à installer dans les systèmes compacts modernes.
L'APD est une alternative à l'état solide plus pratique qui amplifie les photons via le processus d'avalanche interne dans les diodes au silicium, devenant ainsi une solution plus petite et plus rapide. Cependant, dans des conditions de faible luminosité, ces dispositifs ont du mal à détecter de manière fiable des photons uniques, ce qui entraîne des signaux d'autant plus faibles générés par une faible luminosité.
SiPM détecte les photons uniques comme le PMT, mais sa structure de puce est compacte, basse tension et durable, permettant de mesurer immédiatement même la plus faible lumière. Cet appareil est composé de minuscules réseaux de micro-batteries, dont chacun fonctionne en mode Geiger, de sorte qu'un photon peut générer une impulsion électrique complète et uniforme.
La fonction de chaque microbatterie est essentiellement comme un interrupteur numérique qui s’ouvre au moment où elle capture un photon. Après le déclenchement, la batterie se réinitialise et est prête à recevoir le photon suivant, de sorte que les capteurs travaillant avec des milliers de batteries puissent compter les photons individuels et traiter des signaux lumineux plus forts.
Détecteur de photons compact et performant
La série AFBR-S4 SiPM de Broadcom intègre une sensibilité à photon unique, une synchronisation rapide et des performances puissantes dans un boîtier compact et pratique, simplifiant la complexité et intégrant facilement une technologie avancée de détection de lumière dans des produits commercialisables.
Le kit d'évaluation AFBR-S4E001 de Broadcom (Figure 1) peut aider les concepteurs de produits à commercialiser rapidement des applications basées sur SiPM. Ce kit fournit une plate-forme prête à l'emploi pour les tests, le prototypage et l'intégration de capteurs AFBR-S4, sans nécessiter une conception de circuit spécialisée. Cela réduit les risques de développement, car le matériel et les logiciels peuvent être testés à plusieurs reprises avant de s'engager dans une configuration de circuit imprimé personnalisée ou une conception de production.