光通信中高性能光探测器的结构优化及特性研究
发布时间：2021-06-25 10:39
随着信息化时代的到来,人们对大容量、长距离传输的要求越来越迫切,光纤通信以其传输损耗小、带宽大、抗电磁干扰性能好等优点得到了迅速的发展。而光探测器作为光纤通信系统的核心器件之一,人们也对其提出了更高的要求:更高的量子效率、更快的响应速度、更好的线性性能等。部分耗尽吸收光探测器（PDA-PD）具有较好的线性性能,而漂移增强型光探测器（DDR-PD）可以减小探测器的电容,从而提高探测器的响应速度。本文分别对PDA-PD和DDR-PD进行了研究,并对二者相结合的结构进行了设计优化和仿真,从理论上对仿真结果进行了分析。普通PIN光探测器与具有反射汇聚效果的光栅集成可以提高探测器的量子效率,对该结构进行了优化仿真并通过实验进行了测量。本文的主要工作和创新点如下:1、为了提高光探测器的线性性能,对部分耗尽吸收光探测器的结构进行了设计优化,并对仿真结果进行了理论分析。当器件直径为20μm,施加的反向偏压3V时,与PIN-PD相比,PDA-PD的饱和输出电流从8mA提升至10mA,带宽效率积（BWE）从11.2GHz提升至18.17GHz,提升了66.2%,最佳BWE对应带宽从23.27GHz提升至2...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２?Ｃａｒｒａｎｏ等人制备的ＧａＮ基ＭＳＭ探测器⑻俯视图［１２］?（ｂ）切面图［１２］??
１９９１?年，Ｋ．?Ｋｉｓｈｉｎｏ?等人提出了?谐振腔增强型（Ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｃａｖｉｔｙ?ｅｎｈａｎｃｅｄ，?ＲＣＥ）??光探测器［２４］，该结构的提出解决了?ＰＩＮ光探测器中量子效率和３ｄＢ带宽相互制??约的问题。图２－５为ＲＣＥ光探测器的原理图，图中＆表示入射光场，￡＞和仏分??别代表前向和背向反射光场，巧、ｒ２分别表示入射端和出射端的ＤＢＲ高反镜的反??射系数，仏和＾分别是它们的反射率，ｄ代表吸收层的厚度，Ｌ代表腔长，ｑ表示??入射端ＤＢＲ高反镜的透射系数，分别代表顶镜和底镜到有源层的距离，??外与中２表示入射端和出射端由于光穿过ＤＢＲ引起的相移，ａｅｘ为有源区以外的??吸收系数，若有源区之外的材料对入射光透明，那么ａｅｘ?＝?０。??８??
?０．９６??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?Ａ?（Ｍｍ）??图２－６?ＲＣＥ光探测器量子效率随入射光波长变化图％】??图２－６表示了在顶镜反射率＆分别为０．０５，?０．３和０．９时ＲＣＥ光探测器量子??效率随波长的变化图，吸收参数ａｄ?＝?０．１，底镜的反射率ｉ？２?＝?０．９。其中不随波??长变化的虚线表示相同吸收层厚度下传统ＰＩＮ光探测器所能获得的量子效率。??从图中可以看出，ＲＣＥ探测器的量子效率随波长的变化周期性地发生改变，当达??到谐振条件时，探测器的量子效率大幅提高，此时可以得到比普通ＰＩＮ光探测器??高很多的量子效率，且札越大，能获得的量子效率越高，但是光谱的响应线宽越??窄，可见这二者之间存在明显的相关性。??２０１２年，ＸｉａｏｆｅｎｇＤｕａｎ等人提出了一种基于桂基的ＰＩＮ光探测器与非周期??圆形亚波长光栅（ｎｏｎ－ｐｅｒｉｏｄｉｃ?ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ?ｃｉｒｃｕｌａｒ?ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?ｇｒａｔｉｎｇ
【参考文献】：
期刊论文
[1]MSM探测器的研究综述[J]. 莫秋燕,吴家隐. 黑龙江科技信息. 2015(09)
[2]常用光检测器的分类及特性分析[J]. 邢海峰. 科技创新导报. 2014(04)
[3]InGaAs/InGaAsP/InP SAGM—APD暗电流与光倍增因子的温度特性[J]. 丁国庆. 光通信研究. 1990(04)
硕士论文
[1]用于光通信的垂直入射PIN的性能优化研究[D]. 鲍雁黎.北京邮电大学 2014
[2]硅基锗金属—半导体—金属光电探测器的性能优化与设计研究[D]. 洪霞.浙江大学 2014
[3]Si基Ge MSM光电探测器的研制[D]. 蔡志猛.厦门大学 2008
本文编号：3249060
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２?Ｃａｒｒａｎｏ等人制备的ＧａＮ基ＭＳＭ探测器⑻俯视图［１２］?（ｂ）切面图［１２］??
１９９１?年，Ｋ．?Ｋｉｓｈｉｎｏ?等人提出了?谐振腔增强型（Ｒｅｓｏｎａｎｔ?ｃａｖｉｔｙ?ｅｎｈａｎｃｅｄ，?ＲＣＥ）??光探测器［２４］，该结构的提出解决了?ＰＩＮ光探测器中量子效率和３ｄＢ带宽相互制??约的问题。图２－５为ＲＣＥ光探测器的原理图，图中＆表示入射光场，￡＞和仏分??别代表前向和背向反射光场，巧、ｒ２分别表示入射端和出射端的ＤＢＲ高反镜的反??射系数，仏和＾分别是它们的反射率，ｄ代表吸收层的厚度，Ｌ代表腔长，ｑ表示??入射端ＤＢＲ高反镜的透射系数，分别代表顶镜和底镜到有源层的距离，??外与中２表示入射端和出射端由于光穿过ＤＢＲ引起的相移，ａｅｘ为有源区以外的??吸收系数，若有源区之外的材料对入射光透明，那么ａｅｘ?＝?０。??８??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]MSM探测器的研究综述[J]. 莫秋燕,吴家隐. 黑龙江科技信息. 2015(09)
[2]常用光检测器的分类及特性分析[J]. 邢海峰. 科技创新导报. 2014(04)
[3]InGaAs/InGaAsP/InP SAGM—APD暗电流与光倍增因子的温度特性[J]. 丁国庆. 光通信研究. 1990(04)
硕士论文
[1]用于光通信的垂直入射PIN的性能优化研究[D]. 鲍雁黎.北京邮电大学 2014
[2]硅基锗金属—半导体—金属光电探测器的性能优化与设计研究[D]. 洪霞.浙江大学 2014
[3]Si基Ge MSM光电探测器的研制[D]. 蔡志猛.厦门大学 2008
本文编号：3249060
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