摘要：相较于面入射型和边入射型光电探测器,倏逝波耦合型光电探测器(evanescent coupling photodetector,ECPD)能够同时具备高带宽和高量子效率,因此在高速光通信领域有着广袤的应用前景.ECPD由稀释波导、单模脊波导和PIN光电二极管组成,通过倏逝波定向耦合提高光纤入射光到探测器吸收芯层的耦合效率.本文详细介绍了一种铟磷基ECPD阵列的结构设计、实验制备和测试结果.测试结果表明,制备的ECPD暗电流较低,在–3和0 V外加偏压下探测器暗电流低至215和1.23 pA.在有源区面积为5μm×20μm的情况下,器件仍能有较高响应度,为0.5 A/W(无增透膜).对探测器进行高频性能测试,探测器阵列的所有探测器带宽均超过25 GHz,总带宽400 GHz,可以集成任意光学器件.

摘要：在越来越多的光子计数应用中,用于近红外光波长领域的单光子探测器受到广泛关注。例如在量子信息处理、量子通信、3D激光测距(LiDAR)、时间分辨光谱等光子计数应用领域。文中设计并展示了用于探测1 550 nm波长光子的InGaAs/InP单光子雪崩二极管(SPAD)。这种SPAD采用分离吸收、过渡、电荷和倍增区域结构(SAGCM),在盖革模下工作时具有单光子灵敏度。SPAD的特性包括随温度范围223~293 K变化的击穿电压、暗计数率、单光子检测效率和后脉冲概率。25μm直径的SPAD显示出一定的温度相关性,击穿电压随温度的变化率约为100 mV/K。当SPAD在盖革模式下温度为223 K工作时,在暗计数率为4.1 kHz,后脉冲概率为3.29%的基础上,对1 550 nm光子实现了21%的单光子探测效率。文中还分析和讨论了SPAD温度相关性的单光子探测效率、暗计数率和后脉冲概率的来源和物理机制。这些机制分析、讨论和计算可以为SPAD的设计和制备提供更多的理论支持和依据。

摘要：选区外延技术是实现有源与无源光器件单片集成的一种有效的工艺手段,但同时对两种器件在异质生长界面处的对接结构提出了更高的设计要求.本文通过选区外延技术实现了InP基O波段4通道阵列波导光栅与单载流子探测器的单片集成.通过光学仿真重点研究了选区外延后界面处形貌对无源波导结构与有源光探测器间光耦合效率的影响,包括伸长的光学匹配层、二次外延生长边界位置、波导刻蚀边界位置等因素.研究结果表明,在保证二次外延生长边界对准异质对接界面时,将光学匹配层伸出探测器前端10μm并与外延边界无缝对接既可以保证高效的光传输效率(或探测器量子效率),又可以避免外延界面处的异常生长对器件制备工艺的影响,保证生长工艺与器件制备工艺的兼容性.成功制备的单片集成芯片具有高达76%的探测器量子效率,证明了对接方案的有效性.同时,集成芯片的低串扰(<-22 dB)与解复用特性展示出其作为解复用光接收芯片具有巨大潜力.

摘要：We have provided optical simulations of the evanescently coupled waveguide photodiodes integrated with a 13- channels AWGs. The photodiode could exhibit high internal efficiency by appropriate choice of layers geometry and refrac- tive index. Aseamless joint structure has been designed and fabricated for integrating the output waveguides of AWGs with the evanescently coupled waveguide photodiode array. The highest simulation quantum efficiency could achieve 92% when the matching layer thickfiess of the PD is 120 nm and the insertion length is 2 μm. The fabricated PD with 320-nm-thick *** layer and 2-μm-length insertion matching layer present a responsivity of 0.87 A/W.

摘要：本文采用透射式太赫兹时域光谱技术研究0.3—2.5 THz范围内本征GaSe,S掺杂质量分数为2.5%GaSe(GaSe:S(2.5%))和S掺杂质量分数为7%GaSe(GaSe:S(7%))晶体的电导率特性,并利用Drude-SmithLorentz模型对复电导率进行拟合.研究发现GaSe晶体的电导率实部随S掺杂浓度的增大而减小,主要是由于S掺杂使GaSe晶体的费米能级逐渐向电荷中性能级转移,载流子浓度下降引起的.本征GaSe和GaSe:S(2.5%)在约0.56 THz处有明显的晶格振动峰,而GaSe:S(7%)在0.56 THz附近无晶格振动峰,这主要是由于S掺杂提高了晶体的结构硬度,减弱了晶体的层间刚性振动.且3个样品均在约1.81 THz处存在明显的窄晶格振动峰,强度随S掺杂浓度的增大先减小再增大,主要是由于S掺杂降低了GaSe的局部结构缺陷,减弱了窄晶格振动峰强度,而过量的S掺杂生成β型GaS晶体,进而增加晶体的局部结构缺陷,窄晶格振动峰强度随之增强.GaSe晶体约在1.07 THz和2.28 THz处的宽晶格振动峰强度随S掺杂浓度的增大而减弱甚至消失,主要是由于S掺杂产生替位杂质(S取代Se)和GaS间隙杂质,降低了基频声子振动强度,从而减弱了晶体二阶声子差模引起的晶格振动.结果表明,S掺杂可以有效抑制GaSe晶体的晶格振动,降低电导率,减少在THz波段的功率损耗.此研究为低损耗THz器件的设计和制作提供重要的数据支撑和理论依据.