论文部分内容阅读
光通信系统的容量巨大,充分满足了大众对信息速率和信息量的要求。密集波分复用(DWDM)系统是光通信系统的主流,波长解复用接收技术是DWDM的关键技术之一。接收端器件如何实现解复用接收成为近年来光通信领域热点课题。具有波长选择性的半导体光电探测器是DWDM系统解复用接收器件的核心。对于高速、长距离传输系统,希望理想的光探测器能够同时具有高的响应度、良好的高速性能和优良的波长选择性能,此外还应具有极佳的可靠性,并且利于集成。波长选择性波导探测器正是在这样的需求下应运而生。波长选择性波导探测器不仅能够解除传统垂直入射式光探测器中量子效率和带宽互相制约的关系,同时获得高带宽和高量子效率,而且便于与其它光电子器件集成,实现半导体大规模集成。因此具有波长选择性的波导探测器具有广泛的应用前景。本论文针对光纤通信系统的新型波长选择性波导探测器展开研究,研究工作和创新主要体现为以下几个部分：1、理论研究了不同薄膜材料和堆栈周期DBR的透过率,研究薄膜堆栈周期数、材料对DBR透过率的影响；分析以DBR作反射镜的F-P腔的透射特性,研究DBR反射率和介质腔腔长对F-P腔滤波器的透射特性的影响。2、对波导探测器的光学特性和电学特性进行了研究,得到其暗电流、响应度、量子效率、3dB带宽等参数；将波导探测器的吸收层进行高斯掺杂,改善探测器性能。对比掺杂前后探测器的各种性能,掺杂后的探测器的暗电流降低一个数量级,达到10-6A；3dB频率响应带宽达到113GHz；响应度和量子效率分别为0.034A/W和94.5%。3、设计和分析一种新型波长选择性波导探测器。该探测器由水平方向集成的F-P腔滤波器和光波导探测器构成。运用传输矩阵法分析该波长选择性探测器的光谱响应和量子效率,计算得到的滤波器和波导探测器之间的耦合效率只有27.59%。该波长选择性波导探测器在1538nm处的量子效率约为25%。4、分析波导探测器内的倏逝波耦合机理,该波导探测器由SOI波导和PIN探测器经BCB键合而成。BCB键合层厚度足够薄,只有100nm左右,故波导中的光以倏逝波方式耦合进入探测器吸收层。分析了两种结构的探测器的光场分布、光在探测器中的损耗,对不同吸收层厚度对应的BCB层厚度进行了优化。5、与他人合作完成波长选择性波导探测器的制备。搭建光路测试波长选择性波导探测器的性能参数。分析了器件的测试结果。