一种硅基雪崩光电探测器的研究

硅基雪崩光电探测器（Si-APD）性能参数的研究可以优化改进器件结构的设计,而结构设计直接影响雪崩光电探测器的光电特性。本文针对Si基雪崩光电探测器的性能参数和器件结构进行研究,提出了改善器件性能参数的工艺方法,最终设计了一种硅基雪崩光电探测器结构。     

大功率半导体激光器光纤耦合技术研究

文章通过对高功率DL输出光束特性的分析,设计了大功率DL光纤耦合输出激光器系统,并进行了实验验证.根据实验结果,DL单元线阵经过准直后,快轴方向的发散角小于0.2°.利用微台阶镜实现了高功率DL快轴、慢轴方向束参积的转换,较好地实现了光纤耦合,在光纤直径为800μm,数值孔径为0.22的条件下,连续输出功率达到31.5W,耦合效率达到72%.     

新型的分段结构光纤倏逝波传感器

提出一种基于倏逝波吸收原理的分段结构光纤倏逝波传感器。运用光束传播法(BPM)对分段和直形波导模型进行数值模拟,分段波导中高阶模在每次分段的第一个界面上被反复地激发。分析不同结构、纤芯直径和溶液浓度对传感器灵敏度的影响,通过化学腐蚀方法制备出不同结构参数的倏逝波传感器,并用不同浓度亚甲基蓝溶液对传感器的灵敏度特性进行实验验证。实验结果表明,在传感直径相同的条件下,传感长度为5cm分段结构光纤倏逝波传感器的灵敏度为0.0135L/mmol,优于传感长度为6cm的传统的单一直形传感器的灵敏度0.0102L/mmol。分段结构光纤倏逝波传感器能有效地激发光纤中低阶模到高阶模的转变,从而提高传感器的灵敏度。实验结果与模拟和理论结果相符。因此,分段结构光纤倏逝波传感器相对于传统的单一的直形传感器不仅具有较高的灵敏度,且机械强度较高,在物质光谱检测方面有着潜在的应用。     

光纤倏逝波化学传感器灵敏度特性研究

为了克服传统光纤化学传感器的不足,运用宽光谱分析法设计一种基于倏逝波原理的光纤化学传感器,研究了传感器的几何结构参数,溶液浓度与灵敏度的关系。运用光束传播法(BPM)分析传感器几何结构参数与灵敏度的关系;通过化学腐蚀方法制备出不同参数结构的传感器,并用不同浓度亚甲基蓝溶液对这些传感器进行实验验证。实验结果表明,模拟结果与实验结果相符,溶液浓度越大,传感区纤芯越细、越长,灵敏度越高;文章提出的光纤倏逝波化学传感器在水质检测方面有着潜在的应用。     

一种高速雪崩光电探测器

High-speed avalanche photodiodes are widely used in optical communication systems. Nowadays, separate absorption charge and multiplication structure is widely adopted. In this article, a structure with higher speed than separate absorption charge and multiplication structure is reported. Besides the traditional absorption layer, charge layer and multiplication layer, this structure introduces an additional charge layer and transit layer and thus can be referred to as separate absorption, charge, multiplication, charge and transit structure. The introduction of the new charge layer and transit layer brings additional freedom in device structure design. The benefit of this structure is that the carrier transit time and device capacitance can be reduced independently, thus the 3 dB bandwidth could be improved by more than 50% in contrast to the separate absorption charge and multiplication structure with the same size.     

π型阵列光电探测器研究与设计

提出了一种基于高阶π型低通滤波器电路结构的阵列探测器,可实现高输出功率和大工作带宽并存。该探测器根据光电二极管等效电容模型,用电感元件连接各光电二极管构成等效的π型滤波器结构,合成各光电二极管支路输出电流;并在光电二极管支路上串联电容,增加探测器工作带宽。仿真结果表明,在串联电容等于光电二极管结电容时,π型阵列探测器比行波探测器阵列工作带宽提高一倍,再通过增加级联的光电二极管数量,提高探测器输出功率,即可设计出高功率、大带宽的光电探测器。     

高功率固体激光器的光纤耦合研究

对高功率固体激光器的光纤耦合进行了理论设计和实验研究.高功率固体激光器的光束质量随着输出功率的增加而变差,根据入射激光的光束质量,计算得到传输光纤的最小芯径和耦合透镜的有效焦距.该研究成功实现了高功率固体激光器光纤输出功率大于500 W,耦合效率大于90％,满足科研工作及工业应用需要.     

一种BiCMOS光电耦合隔离放大器的设计

设计了一种BiCMOS光隔离放大器,给出了其中两个运算放大器的设计电路.设计过程中只在推拉式输出级配置两个双极型晶体管(BJT),而在电路的其余部分则设置CMOS器件.为了提高放大器的增益线性度和稳定性,光电耦合部分和各运放中都引入了负反馈,并采取了优选元器件参数和提速等措施.实验结果表明所设计光隔离放大器的±3 dB带宽比双极型光隔离放大器ISO100增加了约20 kHz,当电源电压为8.6 V时,时延-功耗积比ISO100降低了约17.7 pJ,增益线性度提高到5.5×10-5,因此特别适用于高速通信系统中.     

一种改进型高功率KU波段限幅器的设计

基于PIN二极管限幅器的器件原理,设计了满足电磁兼容系统要求的限幅器.研究了单级、级联和三级PIN二极管限幅器的性能.在此基础上,利用PIN对管和肖特基势垒二极管(SBD)对限幅器电路进行改进.在13-15 GHz输入连续波功率200W时,限幅输出功率0.04W,插入损耗小于0.1 dB.和参考文献对比表明,本文限幅器...     

一种功率型光耦合单片集成光电检测电路

针对功率型光电检测电路微弱光信号检测和功率输出的需求,研制了一种集成光电探测传感器和信号处理电路,且带功率驱动功能的单片光电检测电路.从理论上探讨了光电探测器的工艺兼容与系统噪声匹配,设计了专用的光电探测器以及适用于功率型光电集成电路(OEIC)的信号处理单元.采用B6035双极工艺,进行了版图设计和流片测试.测试结果表明,该电路的电源电压工作范围、静态功耗和传输延迟时间等综合性能优于同类型混合组装电路.     

A high-efficiency high-power evanescently coupled UTC-photodiode

The effects of the multimode diluted waveguide on quantum efficiency and saturation behavior of the evanescently coupled uni-traveling carrier(UTC)photodiode structures are reported.Two kinds of evanescently coupled uni-traveling carrier photodiodes(EC-UTC-PD)were designed and characterized:one is a conventional EC-UTC-PD structure with a multimode diluted waveguide integrated with a UTC-PD;and the other is a compact EC-UTC-PD structure which fused the multimode diluted waveguide and the UTC-PD structure together.The effect of the absorption behavior of the photodiodes on the efficiency and saturation characteristics of the EC-UTC-PDs is analyzed using 3-D beam propagation method,and the results indicate that both the responsivity and saturation power of the compact EC-UTC-PD structures can be further improved by incorporating an optimized compact multimode diluted waveguide.     

Design and optimization of evanescently coupled waveguide photodiodes

We present the design and optimization of evanescently coupled waveguide photodiodes (EC-WPDs) based on the coupling modes theory and the beam propagation method. Efficient focalization of the optical power in the absorber is achieved by an appropriate choice of index matching layers of EC-WPDs. Numerical simulation shows that high-speed (40 GHz), high quantum efficiency (81%) and high linearity photodiodes can be achieved, and EC-WPDs are promising devices for future optical communication systems.     

Design and optimization of evanescently coupled waveguide photodiodes

We present the design and optimization of evanescently coupled waveguide photodiodes(EC-WPDs) based on the coupling modes theory and the beam propagation method.Efficient focalization of the optical power in the absorber is achieved by an appropriate choice of index matching layers of EC-WPDs.Numerical simulation shows that high-speed(40 GHz),high quantum efficiency(81%) and high linearity photodiodes can be achieved, and EC-WPDs are promising devices for future optical communication systems.     

基于自成像多模干涉的光子晶体波导1×2分束器

通过模拟计算研究了二维三角形1光子晶体波导自成像多模干涉的耦合特性,提出了一种二维光子晶体1×2分束器.基于自成像多模干涉效应,用有限时域差分法对这种分束器的特性进行了数值计算和分析.研究发现,这种分束器的透射率可高达96%,造成这种现象的物理原因是多模干涉区的自成像效应,这种多模干涉在光子晶体光学集成电路中具有重大的潜在应用价值.     

基于稀释波导的InP衬底上高耦合效率、低偏振敏感度1.55μm波长光纤-波导耦合器

研究了一种用于边入射型探测器的InP基高效光纤-波导耦合器.它由10个周期的未掺杂120nm InP/80nm InGaAsP(1.05μm带隙)多层膜组成的稀释波导构成.采用半矢量三维束传播(BPM)方法以及中心差分格式,模拟了不同条件下的光纤-波导耦合效率,从而得到了最优耦合条件.对于TE偏振和TM偏振模,计算所得到的最高耦合效率分别为94%和92%.同时,计算表明,此类基于稀释波导的光纤-波导耦合器具有高偏振不敏感性,偏振敏感度低于0.1dB.     

基于稀释波导的InP衬底上高耦合效率、低偏振敏感度1.55μm波长光纤-波导耦合器

研究了一种用于边入射型探测器的InP基高效光纤-波导耦合器.它由10个周期的未掺杂120nm InP/80nm InGaAsP(1.05μm带隙)多层膜组成的稀释波导构成.采用半矢量三维束传播(BPM)方法以及中心差分格式,模拟了不同条件下的光纤-波导耦合效率,从而得到了最优耦合条件.对于TE偏振和TM偏振模,计算所得到的最高耦合效率分别为94%和92%.同时,计算表明,此类基于稀释波导的光纤-波导耦合器具有高偏振不敏感性,偏振敏感度低于0.1dB.     

高功率光纤熔融器件设计综述

近年来,高功率光纤激光发展迅猛,基于光纤熔融器件的全光纤激光系统可以更好地发挥出光纤激光所固有的体积小、质量轻、稳定性和可靠性高等优势。高功率条件下,器件局部发热可能给器件带来灾难性的故障。决定器件高功率承受能力的不是传输功率,而是器件处理光功率损耗的能力。本文详细分析了单模器件和多模器件中的损耗产生机制,指出了低损耗设计的实现方法。减小器件封装的热阻也可以提高器件的功率耐受能力,文中对封装的设计给出了实用的建议。     

高功率激光束的远场特性研究

采用场振幅沿x方向呈线性变化的非均匀光束模型,研究了非均匀场分布和内光路非线性热效应对远场特性的影响。研究表明,初始光束的非均匀分布会影响可聚焦能力,并引起像散。内光路的热效应会进一步减小可聚焦能力和加剧像散。此外,由于热效应,远场峰值光强要降低,且位置发生移动。     

A high-efficiency grating coupler between single-mode fiber and silicon-on-insulator waveguide

We present the design of a diffractive grating structure and get the optimal parameters which can achieve more than 75% coupling efficiency (CE) between single-mode fiber and silicon-on-insulator (SOI) waveguide through 2D finite-different time-domain (FDTD) simulation. The proposed architecture has a uniform structure with no bottom reflection element or silicon overlay. The structure, including grating couplers, adiabatic tapers and interconnection waveguides can be fabricated on the SOI waveguide with only a single electron-beam lithography (ICP) step, which is CMOS-compatible. A relatively high coupling efficiency of 47.2% was obtained at a wavelength of 1562 nm.     

环氧树脂多模光波导的研制

以环氧树脂为材料,用简单、低成本的非接触式光 刻法制作多模光波导。通过实验,找出一种可靠有效的有机溶剂作为 显影剂及其相应的显影时间; 并研究了温湿度和旋涂工艺对光波导厚度的影响;以及光刻掩模版透光部分宽度、光刻 掩模版与下包 层之间的间距、曝光光强和曝光时间对光波导宽度的影响。扫描电子显微镜(SEM)对 样品形貌分析表明,脊形光波导表面光滑且侧壁笔直,光波导芯横截面约为 50μm×50μm。采用cut-back法,测出环氧树脂多模光波导的传输损耗为0.1dB/cm@850nm。考虑到 光电集成过程中对光波导的高温冲击,对样品进行了热稳定性试验,获得的最高稳定温 度为210℃。