高速大功率單行載流子光波導(dǎo)探測器的設(shè)計(jì)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(gè)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(qū)動(dòng)天線。但是傳統(tǒng)的PIN光電探測器和波導(dǎo)探測器無法達(dá)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(dǎo)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(dǎo)探測器光電流分布不均勻的問題,同時(shí)解決了垂直表面入射式光電探測器響應(yīng)度與響應(yīng)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(jié)構(gòu),使之實(shí)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(dǎo)探測器進(jìn)行分析。針對

3、具體的波導(dǎo)結(jié)構(gòu),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(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　2、通過權(quán)衡飽和輸出光電流與3dB帶寬之間的矛盾,設(shè)計(jì)出了UTC結(jié)構(gòu),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(yīng)度為1.04A/W,實(shí)現(xiàn)了高速大功率的要求。
　　3、對器件在低注入光強(qiáng)和高注入光強(qiáng)下,器件內(nèi)部的能帶結(jié)構(gòu)、電場強(qiáng)度、載流子濃度和電流密度的分布進(jìn)行了詳細(xì)的分

4、析,同時(shí)還分析了器件的交流小信號(hào)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(hào)模型,分析指出,在吸收層中引入準(zhǔn)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(hào)模型的基礎(chǔ)上研究了導(dǎo)帶不連續(xù)對UTC-PD的影響,并分析了一個(gè)具體的結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明,導(dǎo)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