ด้วยการใช้ความสามารถในการตรวจจับโฟตอน อุปกรณ์สามารถรับรู้สิ่งต่าง ๆ ที่มักจะมองไม่เห็น บรรลุการใช้งานที่ก้าวล้ำด้านความปลอดภัยในยานยนต์ การสร้างภาพทางการแพทย์ หุ่นยนต์ และระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม ด้วยการตรวจจับโฟตอนแต่ละตัว ทำให้สามารถตรวจจับสัญญาณขนาดเล็กได้แบบเรียลไทม์ ช่วยให้สามารถวัดระยะทางได้อย่างแม่นยำและตรวจจับโรคได้ตั้งแต่เนิ่นๆ
Photomultiplier tube (PMT) ถูกประดิษฐ์ขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930 และเป็นมาตรฐานทองคำสำหรับการตรวจจับโฟตอน อย่างไรก็ตาม หลอดสุญญากาศแก้วนั้นเปราะบางและใหญ่เกินกว่าจะรวมเข้ากับการใช้งานหลัก ๆ เช่น รถยนต์ โดรน อุปกรณ์พกพา หรืออุปกรณ์สำหรับผู้บริโภค ในทางตรงกันข้าม โฟโตไดโอดหิมะถล่มโซลิดสเตต (APD) นั้นใช้งานได้จริงมากกว่า แต่มีความไวน้อยกว่า PMT
เมื่อนักออกแบบผลิตภัณฑ์ต้องการทางเลือกระดับชิปที่รวมความไวของ PMT และการใช้งานจริงของ APD พวกเขาสามารถลองใช้เทคโนโลยีการตรวจจับโฟตอนเจเนอเรชันใหม่ได้ นั่นคือหลอดซิลิคอนโฟโตมัลติพลายเออร์ (SiPM) ซีรีส์ AFBR-S4 SiPM ของ Broadcom บรรลุความสามารถในการตรวจจับโฟตอนที่ล้ำสมัย และนักออกแบบสามารถรวมเข้ากับ LiDAR, เครื่องสแกนทางการแพทย์, เซ็นเซอร์อุตสาหกรรม หรือแอปพลิเคชันอื่นๆ ที่มีความต้องการสูงได้อย่างง่ายดาย
ส่องสว่างแห่งนวัตกรรม
แสงสามารถส่งข้อมูลที่สำคัญ เช่น ระยะทาง การเคลื่อนไหว เคมี และการแผ่รังสีผ่านโฟตอนแต่ละอัน การตรวจจับโฟตอนเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อหายากหรือมาถึงทันที ถือเป็นพื้นฐานสำหรับการใช้เทคโนโลยีต่างๆ เช่น LiDAR เครื่องสแกนทางการแพทย์ขั้นสูง และเซ็นเซอร์ทางอุตสาหกรรมที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษในรถยนต์ขับเคลื่อนอัตโนมัติ
ความท้าทายคือโฟตอนมีขนาดเล็กมากและหายวับไป โดยต้องใช้เครื่องตรวจจับพิเศษเพื่อจับพวกมันและขยายให้เป็นสัญญาณที่ใช้งานได้ PMT แปลงโฟตอนแต่ละตัวให้เป็นอิเล็กตรอน ซึ่งจากนั้นจะถูกขยายด้วยอิเล็กโทรดในหลอดสุญญากาศเพื่อสร้างพัลส์ไฟฟ้าที่วัดได้ แม้ว่าจะมีความไวสูงและสัญญาณรบกวนต่ำ แต่ก็ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะติดตั้งในระบบขนาดกะทัดรัดสมัยใหม่
APD เป็นทางเลือกโซลิดสเตตที่ใช้งานได้จริงมากกว่า ซึ่งจะขยายโฟตอนผ่านกระบวนการหิมะถล่มภายในในไดโอดซิลิคอน กลายเป็นโซลูชันที่เล็กลงและเร็วขึ้น อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาพแสงน้อย อุปกรณ์เหล่านี้พบว่าการตรวจจับโฟตอนเดี่ยวๆ ได้ยาก ส่งผลให้สัญญาณที่เกิดจากแสงน้อยมีสัญญาณอ่อนลงตามลำดับ
SiPM ตรวจจับโฟตอนเดี่ยว เช่น PMT แต่โครงสร้างชิปมีขนาดกะทัดรัด แรงดันไฟฟ้าต่ำ และทนทาน ทำให้สามารถวัดแม้แต่แสงที่จางที่สุดได้ทันที อุปกรณ์นี้ประกอบด้วยอาร์เรย์แบตเตอรี่ขนาดเล็กจิ๋ว ซึ่งแต่ละชุดทำงานในโหมดไกเกอร์ ดังนั้นโฟตอนหนึ่งตัวจึงสามารถสร้างพัลส์ไฟฟ้าที่สมบูรณ์และสม่ำเสมอได้
การทำงานของไมโครแบตเตอรี่แต่ละก้อนนั้นโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับสวิตช์ดิจิตอลที่เปิดขึ้นในขณะที่จับโฟตอน หลังจากกระตุ้น แบตเตอรี่จะรีเซ็ตและพร้อมที่จะรับโฟตอนถัดไป เพื่อให้เซ็นเซอร์ที่ทำงานร่วมกับแบตเตอรี่หลายพันก้อนสามารถนับโฟตอนแต่ละตัวและประมวลผลสัญญาณแสงที่แรงกว่าได้
เครื่องตรวจจับโฟตอนประสิทธิภาพสูงขนาดกะทัดรัด
ซีรีส์ AFBR-S4 SiPM ของ Broadcom ผสานรวมความไวของโฟตอนเดี่ยว การกำหนดเวลาที่รวดเร็ว และประสิทธิภาพอันทรงพลังในแพ็คเกจขนาดกะทัดรัดและใช้งานได้จริง ลดความซับซ้อนและผสานรวมเทคโนโลยีการตรวจจับแสงขั้นสูงเข้ากับผลิตภัณฑ์ที่วางตลาดได้อย่างง่ายดาย
ชุดประเมินผล AFBR-S4E001 ของ Broadcom (รูปที่ 1) ช่วยให้นักออกแบบผลิตภัณฑ์นำแอปพลิเคชันที่ใช้ SiPM ออกสู่ตลาดได้อย่างรวดเร็ว ชุดนี้มีแพลตฟอร์มที่พร้อมใช้งานสำหรับการทดสอบ การสร้างต้นแบบ และการรวมเซ็นเซอร์ AFBR-S4 โดยไม่จำเป็นต้องออกแบบวงจรพิเศษ ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงในการพัฒนา เนื่องจากสามารถทดสอบฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ซ้ำๆ ได้ก่อนที่จะตัดสินใจใช้เค้าโครง PCB หรือการออกแบบการผลิตแบบกำหนดเอง