高速大功率光波导探测器新结构研究

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模拟光电探测器在微波光子领域有很多重要应用。在光载无线通信系统(radio-over-fiber,ROF)和相控阵雷达系统(Phased Array Radar,PAR)中,高速大功率的模拟光电探测器可用于直接驱动天线。传统的垂直入射型探测器和波导探测器都难以满足对于高速大功率两个方面的同时需求。本文首先计算了大横截面单模波导模型,但是由于大横截面单模波导结构能量损耗过大,且能量很难从下波导耦合到上波导,使得该结构的实际运用大打折扣。接下来本文提出了对称水平方向耦合波导探测器,该探测器工作在基超模和二阶超模,其横截面可以达到5×5μm2,降低了光纤-波导的耦合难度。本文主要从以下几个方面来具体研究对称水平方向耦合波导探测器的特性。1、提出了对称水平方向耦合波导探测器的具体结构,并通过大量的MATLAB计算与BeamProp软件仿真,设计出了探测器的结构参数。2、根据设计的对称水平方向耦合波导探测器的结构参数,运用有效折射率法具体分析了探测器的波导模式,计算了探测器的基超模、一阶超模和二阶超模,根据探测器的具体结构分析探测器应该工作在基超模和二阶超模,最后验证了探测器的超模匹配条件。3、根据单行载流子理论具体设计了探测器的外延层结构,并结合探测器的具体结构通过ATLAS和BeamProp软件仿真和MATLAB计算,对探测器的具体性能进行了分析。验证了探测器的光电流分布均匀,且探测器对中心波导偏移的影响不大。接下来计算了探测器的饱和电流和3dB带宽,得到探测器的饱和电流约为460mA,响应度为1.02A/W,3dB带宽为1.8GHz。4、根据对称水平方向耦合波导探测器的具体结构设计了其加工流程,从探测器的基片生长、掩膜板制作、光刻、刻蚀、电极制作、基底剪薄和波导切割等各方面具体介绍了每一步的加工流程及其目的。
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