高速大功率單行載流子光波導探測器的設計與研究.pdf

1、光電探測器是光纖通信系統(tǒng)中不可或缺的組成部件,其性能的優(yōu)劣對整個通信系統(tǒng)的性能起著決定性作用。特別是在ROF(Radio Over Fiber)系統(tǒng)中,需要高速大功率的光電探測器來直接驅動天線。但是傳統(tǒng)的PIN光電探測器和波導探測器無法達到高速大功率的要求。本文介紹了一種單行載流子垂直方向耦合波導探測器(UTC-VDCPD, Uni-Traveling-Carrier Vertical Directional Coupling Wave

2、guide Photodetector),它采用垂直方向耦合器來解決傳統(tǒng)光波導探測器光電流分布不均勻的問題,同時解決了垂直表面入射式光電探測器響應度與響應速度相互制約的問題,并在其中引入單行載流子(UTC,Uni-Traveling-Carrier)結構,使之實現(xiàn)高速大功率工作。本文的工作就是圍繞UTC-VDCPD展開的,取得了以下研究成果:
　　1、根據(jù)超模理論和數(shù)值仿真軟件BeamProp對垂直方向耦合波導探測器進行分析。針對

3、具體的波導結構,通過綜合考慮光電流分布的均勻性和量子效率,確定了波導的結構參數(shù)。
　　2、通過權衡飽和輸出光電流與3dB帶寬之間的矛盾,設計出了UTC結構,并用ATLAS仿真,得到了UTC-VDCPD的基本工作參數(shù),3dB帶寬約為13GHz,輸出光電流為260mA,響應度為1.04A/W,實現(xiàn)了高速大功率的要求。
　　3、對器件在低注入光強和高注入光強下,器件內部的能帶結構、電場強度、載流子濃度和電流密度的分布進行了詳細的分

4、析,同時還分析了器件的交流小信號特性和瞬態(tài)特性。
　　4、分析了單行載流子光電探測器(UTC-PD,Uni-Traveling-Carrier Photodiode)的小信號模型,分析指出,在吸收層中引入準中性電場可以降低光生電子在該層的積累和增加器件的3dB帶寬。
　　5、在小信號模型的基礎上研究了導帶不連續(xù)對UTC-PD的影響,并分析了一個具體的結構。研究結果表明,導帶不連續(xù)性使得3dB帶寬降低,增加收集層摻雜濃度是消除