การใช้คุณสมบัติการตรวจจับโฟตอน อุปกรณ์สามารถตรวจจับสิ่งที่ไม่สามารถมองเห็นได้ตามปกติ ทำให้เกิดการใช้งานที่ก่อกวนด้านความปลอดภัยของยานยนต์ การสร้างภาพทางการแพทย์ หุ่นยนต์ และระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม ด้วยการตรวจจับโฟตอนเพียงตัวเดียว จึงสามารถตรวจจับสัญญาณเล็กๆ ได้แบบเรียลไทม์ และทราบระยะการวัดที่แม่นยำจนถึงการตรวจหาโรคในระยะเริ่มแรก
Photomultipliers (PMT) ได้รับการประดิษฐ์ขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930 และเป็นมาตรฐานทองคำสำหรับการตรวจจับโฟตอน แต่หลอดสุญญากาศแก้วนั้นเปราะบางและใหญ่เกินกว่าจะรวมเข้ากับการใช้งานที่สำคัญ เช่น รถยนต์ ยานพาหนะทางอากาศไร้คนขับ อุปกรณ์พกพา หรืออุปกรณ์สำหรับผู้บริโภค ในทางตรงกันข้าม โฟโตไดโอดหิมะถล่มโซลิดสเตต (APD) นั้นใช้งานได้จริงมากกว่า แต่มีความไวน้อยกว่า PMT
เมื่อนักออกแบบผลิตภัณฑ์ต้องการทางเลือกระดับชิปที่รวมความไวของ PMT เข้ากับยูทิลิตี้ APD พวกเขาสามารถลองใช้หลอดซิลิกอนโฟโตมัลติพลายเออร์ (SiPM) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการตรวจจับโฟโตนิกรุ่นใหม่ ซีรีส์ AFBR-S4 SiPM ของ Broadcom นำเสนอความสามารถในการตรวจจับโฟโตนิกที่ล้ำสมัย และนักออกแบบสามารถรวมเข้ากับ LiDAR, เครื่องสแกนทางการแพทย์, เซ็นเซอร์อุตสาหกรรม หรือแอปพลิเคชันที่มีความต้องการอื่นๆ ได้อย่างง่ายดาย
ส่องสว่างแห่งนวัตกรรม
แสงสามารถถ่ายโอนข้อมูลที่สำคัญ เช่น ระยะทาง การเคลื่อนไหว เคมี และการแผ่รังสีผ่านโฟตอนแต่ละอัน การตรวจจับโฟตอนเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อหายากหรือเกิดขึ้นทันที เป็นพื้นฐานในการเปิดใช้เทคโนโลยี เช่น LiDAR เครื่องสแกนทางการแพทย์ขั้นสูง และเซ็นเซอร์อุตสาหกรรมที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษในรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยตนเอง
ความท้าทายก็คือโฟตอนมีขนาดเล็กและหายวับไปจนต้องใช้เครื่องตรวจจับพิเศษเพื่อจับโฟตอนและขยายให้เป็นสัญญาณที่ใช้งานได้ PMT แปลงโฟตอนแต่ละตัวเป็นอิเล็กตรอน ซึ่งจากนั้นจะถูกขยายด้วยอิเล็กโทรดในหลอดสุญญากาศเพื่อสร้างพัลส์ไฟฟ้าที่วัดได้ แม้จะมีความไวสูงและสัญญาณรบกวนต่ำ แต่ก็ไม่สามารถติดตั้งได้ง่ายในระบบขนาดกะทัดรัดสมัยใหม่
APD เป็นทางเลือกโซลิดสเตตที่ใช้งานได้จริงมากกว่า ซึ่งจะขยายโฟตอนผ่านกระบวนการหิมะถล่มภายในในซิลิคอนไดโอดให้เป็นโซลูชันที่เล็กกว่าและเร็วกว่า อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาพแสงน้อย อุปกรณ์เหล่านี้จะตรวจจับโฟตอนเดี่ยวได้อย่างน่าเชื่อถือ ดังนั้นสัญญาณที่เกิดจากแสงน้อยจึงอ่อนแอตามไปด้วย
SiPM ตรวจจับโฟตอนเดี่ยว เช่น PMT แต่ชิปมีขนาดกะทัดรัด แรงดันไฟฟ้าต่ำ ทนทาน และแม้แต่แสงที่อ่อนที่สุดก็สามารถวัดได้ทันที อุปกรณ์ดังกล่าวประกอบด้วยไมโครเซลล์เล็กๆ มากมาย แต่ละเซลล์ทำงานในโหมดไกเกอร์ ดังนั้นโฟตอนหนึ่งตัวจึงสร้างพัลส์ไฟฟ้าที่สมบูรณ์และสม่ำเสมอ
การทำงานของไมโครเซลล์แต่ละเซลล์โดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับสวิตช์ดิจิตอล ซึ่งจะเปิดขึ้นเมื่อมีการจับโฟตอน เมื่อถูกกระตุ้น เซลล์จะรีเซ็ตและพร้อมสำหรับโฟตอนถัดไป ดังนั้นเซ็นเซอร์ซึ่งทำงานร่วมกับเซลล์หลายพันเซลล์ นับโฟตอนเดี่ยวและประมวลผลสัญญาณแสงที่แรงกว่า
เครื่องตรวจจับโฟตอนประสิทธิภาพสูงขนาดกะทัดรัด
ซีรีส์ AFBR-S4 SiPM ของ Broadcom ผสานรวมความไวของโฟตอนเดี่ยว การกำหนดเวลาที่รวดเร็ว และประสิทธิภาพอันทรงพลังในแพ็คเกจขนาดกะทัดรัดและใช้งานได้จริง เพื่อลดความซับซ้อนและลดความยุ่งยากในการบูรณาการเทคโนโลยีการตรวจจับแสงขั้นสูงเข้ากับผลิตภัณฑ์ที่วางตลาด
ชุดการประเมิน AFBR-S4E001 ของ Broadcom (รูปที่ 1) ช่วยให้นักออกแบบผลิตภัณฑ์นำแอปพลิเคชันที่ใช้ SiPM ออกสู่ตลาดได้อย่างรวดเร็ว ชุดนี้มีแพลตฟอร์มที่พร้อมใช้งานสำหรับการทดสอบ การสร้างต้นแบบ และการรวมเซ็นเซอร์ AFBR-S4 โดยไม่จำเป็นต้องออกแบบวงจรสำหรับเซนเซอร์เหล่านี้โดยเฉพาะ ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงในการพัฒนาและช่วยให้สามารถทดสอบฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ซ้ำๆ ก่อนที่จะตัดสินใจใช้เค้าโครง PCB หรือการออกแบบการผลิตแบบกำหนดเอง