Differential absorption ozone Lidar with 4H-SiC single-photon detectors

激光雷达 臭氧 吸收(声学) 探测器 材料科学 光子 激光器 原子物理学 光学 环境科学 物理 气象学
作者
Xian-Song Zhao,Chao Yu,Chong Wang,Tianyi Li,Bo Liu,Hai Lu,Rong Zhang,Xiankang Dou,Jun Zhang,Jian-Wei Pan
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:125 (21)
标识
DOI:10.1063/5.0232210
摘要

Differential absorption Lidar (DIAL) in the ultraviolet (UV) region is an effective approach for monitoring tropospheric ozone. 4H-SiC single-photon detectors (SPDs) are emergent devices for UV single-photon detection. Here, we demonstrate a 4H-SiC SPD-based ozone DIAL. We design and fabricate the 4H-SiC single-photon avalanche diode with a beveled mesa structure and optimized layer thickness. An active quenching circuit with a quenching time of 1.03 ns is developed to significantly mitigate the afterpulsing effect while enhancing the maximum count rate. After characterization, the SPD exhibits excellent performance with a photon detection efficiency of 16.6% at 266 nm, a dark count rate of 138 kcps, a maximum count rate of 13 Mcps, and an afterpulse probability of 2.7% at room temperature. Then, we apply two 4H-SiC SPDs in an ozone DIAL. The measured ozone concentrations at altitudes of 1–3.5 km agree well with the results of a commercial ozone DIAL. Our work provides an alternative solution for general UV Lidar applications.

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