用于雪崩光电探测器响应度增强的超透镜设计与仿真

作     者：初光辉 杨国皓 刘天宏 李晋平 常卫杰 范鑫烨 佟存柱 CHU Guanghui;YANG Guohao;LIU Tianhong;LI Jinping;CHANG Weijie;FAN Xinye;TONG Cunzhu

作者机构：聊城大学物理科学与信息工程学院山东聊城252059 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室吉林长春130033 福州大学机械工程与自动化学院福建福州350108 

基　　金：国家重点研发计划(2018YFB2201000) 国家自然科学基金(6230030591) 

出 版 物：《发光学报》 (Chinese Journal of Luminescence)

年 卷 期：2023年第44卷第12期

页      码：2250-2257页

摘      要：超透镜除了可以实现传统透镜的聚焦和成像功能之外,还可通过对超构单元的设计实现对光场偏振、波长和振幅等的多维度操控,由于体积薄、重量轻、成本低、易集成,其在光电子器件领域中开始崭露头角,已经成为当前的研究热点和重要方向。本文采用时域有限差分算法(Finite‐difference time‐domain,FDTD)设计并优化了基于InGaAs雪崩探测器原位集成的超透镜,同时估算了超透镜的聚焦效率和透射率。仿真结果表明,超透镜将入射光会聚至探测器的光敏区中,透射率达到82.8%,并且在目标焦距150μm、超透镜半径50μm时聚焦效率达到84.89%。为进一步提高透射率,在超透镜表面增加抗反射层(AR Layer)。结果表明,300 nm的SiO_(2)层透射率达到最大值86.6%,250 nm的SiN层透射率达到最大值87.6%,透射率比未增加AR层时分别增加了3.8%和4.8%。最后计算得出集成超透镜的探测器吸收区光场能量比未集成超透镜的探测器吸收区光场能量提升了250.96倍,将极大提升探测器的响应度。本文提出了单片集成超透镜的雪崩探测器设计方案,将雪崩探测器光敏区之外的入射光会聚至光敏区,在不损失带宽前提下提升探测器的量子效率,为高响应度、带宽雪崩探测器的设计提供了新思路。

主 题 词：超透镜 探测器 聚焦效率 量子效率 

学科分类：08[工学] 0803[工学-仪器类] 

核心收录：

D　O　I：10.37188/CJL.20230221

馆 藏 号：203125190...