面向微波光子学的硅基行波光电探测器研究

发布时间：2021-04-01 13:36

　　硅基集成微波光子学（MWP）的新兴领域受到越来越多的关注,高性能的光电探测器是其中的关键器件,它的研究对集成MWP的发展具有重要意义。在模拟光通信系统中,通过增加输入光功率可以显著提高模拟光链路的插损、链路增益、无杂散动态范围和信噪比,光电探测器需要相应地提高饱和输出功率。分布式行波光电探测器（TWPD）不仅增加了饱和光电流,在速度匹配和阻抗匹配下还能保持高带宽,而且适用于硅光子集成电路。本文对面向微波光子学的硅基行波光电探测器进行理论和实验研究,主要工作包括以下几个方面:（1）给出了并行光馈电的硅分布式TWPD的结构,通过分析PD和CPW电极的等效电路得到了硅分布式TWPD的完整电路模型,并根据传输矩阵方法和叠加原理得到硅分布式TWPD的频率响应。分析了硅分布式TWPD的阻抗和速度匹配,PD的容性负载效应。（2）比较了 CPW电极两种不同的分布式等效电路。通过建立的分析模型,计算周期分布式TWPD的频率响应,优化了 CPW电极和光延时设计。基于PD阵列的容性负载效应和非周期加载技术提出了行波电极输入端开路的非周期性分布TWPD。其带宽（25.7GHz）略低于输入端匹配阻抗为50Ω时周... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

徽波光子学系统

位论文硅材料有很多优势，但是硅的禁带宽度为１．１２ｅＶ，所以硅光电小于ｌｌＯＯｎｍ，不适用于通信波段的光电探测。因此多种硅基比如与硅工艺兼容的锗硅光电探测器，以及通过键合技术制作电探测器等，成为了目前研究的重点［３］。硅基锗光电探测器的Ｓ?（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ?ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）工艺兼容，同时在响应度，所以是目前最有前景的硅基光电探测器。??要介绍光电探测器的结构和工作原理、性能参数。??测器的结构和工作原理??＜？?＇Ｖｉ?耗尽层??

以在数字光互连系统中，带宽和响应度是光电探测器的主要参数。然而在模拟光??通信系统中，高饱和光电流是光电探测器的重要参数。原因在于通过增加输入光??功率可以提高模拟光链路的插损、链路增益、无杂散动态范围和信噪比，相对应??地，光电探测器需要提高饱和输出功率［２１－２４］。??本节主要介绍光电探测器在数字光互连和模拟光链路中的研究现状。??１．３．１数字光互连中的ＰＤ??锗硅波导型光电探测器在封装，暗电流，偏置电压等方面已经取得了显着的??进步，尤其是在带宽和响应度上，以满足数字光学互连系统的需求。数字光互连??系统中的锗硅波导型光电探测器为了获得高带宽，吸收区体积一般较小［２５－３０］。??锗硅ＰＩＮ光电探测器通过掺杂在Ｇｅ中形成ＰＩＮ结构，光从Ｓｉ波导传播到光??电探测器区域，耦合到Ｓｉ波导上面的Ｇｅ吸收层。器件外加反偏电压时，吸收层??中的光生载流子由Ｓｉ和Ｇｅ上方的金属电极收集，如图１．４所示。??ｗＳ－ｓ


本文编号：3113424