光通信系统中新型单行载流子光探测器的研究
发布时间：2021-09-17 21:17
高速大容量光通信系统的不断发展,要求其中起光电转换功能的光探测器具有高速、高响应度和高饱和输出等特性。然而,传统的PIN光探测器由于存在高光强注入下的空间电荷效应限制了饱和光电流的输出,以及带宽与响应度之间相互制衡等问题,很难满足当今光通信系统的要求。为解决这一问题,单行载流子光探测器（Un-traveling-crrier photodetector,UTC-PD）应运而生。由于 UTC-PD可单独设计光吸收层和收集层,并且只用电子作为有源载流子,因此可以实现高速、高饱和输出等特性,除了应用于光接收机外,还广泛用于超高速光开关、发射机、高速测量系统、毫米波或亚毫米波发生器,已成为当前光电子器件领域的研究热点。本论文以用于光通信系统中的UTC-PD的基本理论为出发点,从器件的结构设计、性能仿真、实验方案、工艺制备、准单片集成及性能测试等方面进行了深入系统的研究,完成的主要研究内容及创新点如下:1.提出了吸收层和收集层均采用高斯渐变掺杂分布的一种改进型高速、高饱和单行载流子光探测器（Modified uni-traveling-carrier photodetector,MUTC-PD）...
【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】：162 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－２ＵＴＣ－ＰＤ能带图??
ｏｐｔｉｃａｌ?ｓｉｇｎａｌ??图２－３?ＵＴＣ－ＰＤ用在连接器中??ＵＴＣ－ＰＤ用在超高比特率迎信系统的光接收机中用作光电转换器｜４］，如图２－１??（ｃ）所示。该接收机结构充分利用了ＵＴＣ－ＰＤ的高饱和输出特性并结合了０ＦＡ??的放大特性，可以直接用来驱动数字判决电路而无需后置电放大器，这样的结构??带来了一定的优势：比如获得了高的带宽、简化的系统结构以及较好的灵敏度特??性等等。将这种简化的接收机结构用在时分复用（Ｔｉｍｅ?ｄｉｖｉｓｉｏｎ?ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ，??ＴＤＭ）系统中可以宵接驱动延迟触发器电路（Ｄ－ｔｙｐｅ?ｆｌｉｐ－ｆｌｏｐ?ｃｉｒｃｕｉｔ），接收机输??出的眼图在４０?Ｇｂｉｔ／ｓ和８０?Ｇｂｉｔ／ｓ的信号下显示出清晰的开眼图图像，其峰－峰电压??分别为１．２５ＶＰｐ和０．８ＶｐＰ１６１。ＵＴＣ－ＰＤ用在１－ｍｍ的连接器中（如图２－３所示）｜７１，??用来克服混合封装结构中电同轴连接技术即Ｖ－连接器技术对工作频率的限制。??９??
高比特率（大于ｌ〇〇?Ｇｂｉｔ／ｓ）光通信系统中，基于电子设备的技光子学的技术来补偿。出于这种考虑，ＵＴＣ－ＰＤ被用作为光驱动路速度的限制。图２－４给出了?ＵＴＣ－ＰＤ和行波－电吸收光ｌｉｎｇｗａｖｅ?Ｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，?ＴＷ－ＥＡＭ）迪过单新型的０／Ｅ／０型光开关，也被称为光探测器－电吸收光Ｍ）［８＿ｌｔ）］，己经成为满足高比特率光通信系统中的关键器件之一，复用器（ＤＥＭＵＸ）用在ＴＤＭ系统中。??Ｅｍｉｔｔｅｒ??－Ｙ?ｚ?／?／／￣ｘ??ＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ／ｌｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ／ＡＩＡｓ??：ＩｎＧａＡｓ?１?ＲＴＤ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??口丁?门?Ｃ〇ｌｌ？Ｃｔ〇ｒ??＾?１?ｕ?Ｊ?ｙＡｌＡｓ?ｅｔｃｈ?ｓｔｏｐｐｅｒ??ｎ／ｎＭｎＧａＡｓｒ?／??ＩｎＡＩＡｓ?ｂａｒｒｉｅｒ?Ａｎｏｄｅ??ｊｐ！ｄｎＧａＡｓ＾ｂｕｆｆｅｒ＾?＼／?／?／?／?／?／?ａ????卜滿????ｐ＾－ＩｎＧａＡｓＰ????ｐ－ＩｎＧａＡｓ?Ｉ?ＩＴＰ?ｐｎ??－
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速高饱和单行载流子光探测器的设计与分析[J]. 臧鸽,黄永清,骆扬,段晓峰,任晓敏. 物理学报. 2014(20)
[2]崖层对单行载流子光电探测器的影响研究[J]. 陈代尧,余学才,汪平河,刘永. 中国激光. 2014(03)
[3]单载流子光电探测器的高速及高饱和功率的研究[J]. 张岭梓,左玉华,曹权,薛春来,成步文,张万昌,曹学蕾,王启明. 物理学报. 2012(13)
[4]渐变型DBR的数值模拟以及SPS型DBR的设计[J]. 苏伟,钟钢. 系统仿真学报. 2005(09)
[5]强劲增长的OEIC市场[J]. 孙志君. 世界电子元器件. 2002(12)
[6]光电子集成技术及其应用[J]. 廖先炳. 光电子技术与信息. 1996(06)
[7]采用电化学C-V法测量Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的载流子浓度的纵向分布[J]. 徐日炳. 半导体光电. 1984(03)
[8]电化学C-V法测量半导体材料载流子浓度分布[J]. 邵永富,陈自姚,彭瑞伍. 半导体学报. 1982(03)
博士论文
[1]用于WDM光网络的集成解复用接收器件的研究[D]. 段晓峰.北京邮电大学 2010
硕士论文
[1]InP/InGaAs单行载流子光电二极管的研究[D]. 夏力臣.电子科技大学 2005
本文编号：3399511
【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】：162 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－２ＵＴＣ－ＰＤ能带图??
ｏｐｔｉｃａｌ?ｓｉｇｎａｌ??图２－３?ＵＴＣ－ＰＤ用在连接器中??ＵＴＣ－ＰＤ用在超高比特率迎信系统的光接收机中用作光电转换器｜４］，如图２－１??（ｃ）所示。该接收机结构充分利用了ＵＴＣ－ＰＤ的高饱和输出特性并结合了０ＦＡ??的放大特性，可以直接用来驱动数字判决电路而无需后置电放大器，这样的结构??带来了一定的优势：比如获得了高的带宽、简化的系统结构以及较好的灵敏度特??性等等。将这种简化的接收机结构用在时分复用（Ｔｉｍｅ?ｄｉｖｉｓｉｏｎ?ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ，??ＴＤＭ）系统中可以宵接驱动延迟触发器电路（Ｄ－ｔｙｐｅ?ｆｌｉｐ－ｆｌｏｐ?ｃｉｒｃｕｉｔ），接收机输??出的眼图在４０?Ｇｂｉｔ／ｓ和８０?Ｇｂｉｔ／ｓ的信号下显示出清晰的开眼图图像，其峰－峰电压??分别为１．２５ＶＰｐ和０．８ＶｐＰ１６１。ＵＴＣ－ＰＤ用在１－ｍｍ的连接器中（如图２－３所示）｜７１，??用来克服混合封装结构中电同轴连接技术即Ｖ－连接器技术对工作频率的限制。??９??
高比特率（大于ｌ〇〇?Ｇｂｉｔ／ｓ）光通信系统中，基于电子设备的技光子学的技术来补偿。出于这种考虑，ＵＴＣ－ＰＤ被用作为光驱动路速度的限制。图２－４给出了?ＵＴＣ－ＰＤ和行波－电吸收光ｌｉｎｇｗａｖｅ?Ｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，?ＴＷ－ＥＡＭ）迪过单新型的０／Ｅ／０型光开关，也被称为光探测器－电吸收光Ｍ）［８＿ｌｔ）］，己经成为满足高比特率光通信系统中的关键器件之一，复用器（ＤＥＭＵＸ）用在ＴＤＭ系统中。??Ｅｍｉｔｔｅｒ??－Ｙ?ｚ?／?／／￣ｘ??ＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ／ｌｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ／ＡＩＡｓ??：ＩｎＧａＡｓ?１?ＲＴＤ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??口丁?门?Ｃ〇ｌｌ？Ｃｔ〇ｒ??＾?１?ｕ?Ｊ?ｙＡｌＡｓ?ｅｔｃｈ?ｓｔｏｐｐｅｒ??ｎ／ｎＭｎＧａＡｓｒ?／??ＩｎＡＩＡｓ?ｂａｒｒｉｅｒ?Ａｎｏｄｅ??ｊｐ！ｄｎＧａＡｓ＾ｂｕｆｆｅｒ＾?＼／?／?／?／?／?／?ａ????卜滿????ｐ＾－ＩｎＧａＡｓＰ????ｐ－ＩｎＧａＡｓ?Ｉ?ＩＴＰ?ｐｎ??－
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速高饱和单行载流子光探测器的设计与分析[J]. 臧鸽,黄永清,骆扬,段晓峰,任晓敏. 物理学报. 2014(20)
[2]崖层对单行载流子光电探测器的影响研究[J]. 陈代尧,余学才,汪平河,刘永. 中国激光. 2014(03)
[3]单载流子光电探测器的高速及高饱和功率的研究[J]. 张岭梓,左玉华,曹权,薛春来,成步文,张万昌,曹学蕾,王启明. 物理学报. 2012(13)
[4]渐变型DBR的数值模拟以及SPS型DBR的设计[J]. 苏伟,钟钢. 系统仿真学报. 2005(09)
[5]强劲增长的OEIC市场[J]. 孙志君. 世界电子元器件. 2002(12)
[6]光电子集成技术及其应用[J]. 廖先炳. 光电子技术与信息. 1996(06)
[7]采用电化学C-V法测量Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的载流子浓度的纵向分布[J]. 徐日炳. 半导体光电. 1984(03)
[8]电化学C-V法测量半导体材料载流子浓度分布[J]. 邵永富,陈自姚,彭瑞伍. 半导体学报. 1982(03)
博士论文
[1]用于WDM光网络的集成解复用接收器件的研究[D]. 段晓峰.北京邮电大学 2010
硕士论文
[1]InP/InGaAs单行载流子光电二极管的研究[D]. 夏力臣.电子科技大学 2005
本文编号：3399511
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