基于多模干涉波导结构的90°光混频器设计与制作

设计并制作了一种基于多模干涉波导(MMI)结构的InP基90°光混频器芯片,该芯片的波导层材料为InGaAsP,包层和衬底材料为InP,芯片的单模波导宽度设计为2.6μm,多模干涉波导的长度和宽度分别设计为844和20μm。采用三维光束传播法(3D BPM),仿真分析了波导材料折射率、厚度、宽度和长度的工艺误差容限,仿真结果表明在1 535～1 565 nm波长范围内所设计的光混频器芯片的净插入损耗小于1 dB,相位偏差小于±5°。实验测试结果与仿真结果一致。     

一种混合集成1×4阵列平衡光电探测器的设计

针对合成孔径激光雷达中单个光斑观测视场受限的难题,设计了一种由阵列平衡探测器芯片和阵列跨组放大器芯片混合集成的1×4阵列平衡光电探测器。阵列平衡探测器芯片采用4对背照式InPInGaAs平衡光电二极管单片集成的内平衡结构,降低芯片寄生电容,提高器件的响应频率和一致性。通过倒装集成工艺将阵列平衡探测器芯片和阵列跨组放大器芯片进行集成,缩减像元间距,扩大成像视场。搭建测试系统对进行探测器性能评测,结果显示,其有效像元率达到100%,共模抑制比为33dB,3dB带宽为102MHz,等效噪声功率密度为2.0pW/Hz^1/2,增益实现三档可调,整体输出增益一致性为99%,满足合成孔径激光雷达大幅宽成像需求。     

多模光纤耦合InGaAsP/InP单光子探测器模块

针对1 064 nm波段高灵敏激光测距应用,设计了一种由单光子雪崩光电二极管(SPAD)、微型热电制冷器(TEC)、主动淬灭主动恢复电路(AQAR)、温控单元、高压单元、FPGA等混合集成的高性能单光子探测器模块.SPAD芯片采用了分离吸收渐变电荷倍增(SAGCM)的InGaAsP/InP材料结构设计,内部电场分布经Matlab软件仿真,结果显示该结构具有良好的增益特性.SPAD芯片通过TEC制冷保持低温工作来降低暗计数以抑制器件的噪声.低延迟AQAR由高速比较器与宽带放大器构成,淬灭时间约为1.2 ns,有效减少了后脉冲效应.测试结果表明,在-30℃,探测效率为30.2％下,暗计数率仅为1.9 kHz,在死时间为0.8μs时,后脉冲为10.4％.通过集成化设计的单光子探测器模块具有探测效率高和暗计数率低的优势,能够满足小型化激光测距应用需求.