基于金屬交叉電極耦合諧振腔增強結(jié)構(gòu)的高性能光電探測器研究.pdf

1、光電探測器是光纖通信系統(tǒng)的基本器件，也是混頻法產(chǎn)生無線波的重要元件。隨著高速光纖通信和太赫茲（THz）波的發(fā)展，這就要求光電探測器向高速方向發(fā)展。金屬-半導體-金屬交叉電極具有很低的電容而被廣泛地應(yīng)用于高速光電探測器和 THz混頻器（THz混頻器是一種超高速的光電探測器）中。
　　響應(yīng)度是高速光電探測器一個非常重要的物理量，它決定了轉(zhuǎn)化的電信號能否被探測到和輸出的THz能否可利用。響應(yīng)度的大小與量子效率和光的透射率兩個方面有關(guān)，因

2、此，增加金屬交叉電極高速探測器的量子效率和透射率是一個亟待解決的問題。諧振腔增強結(jié)構(gòu)能在較薄的吸收層上得到很高的量子效率；金屬交叉電極的間距減少到亞波長級別時，它還具有對光透射增強和充當反射鏡的功能。本文把幾種結(jié)構(gòu)不同的金屬交叉電極與諧振腔增強結(jié)構(gòu)耦合起來，得到了高速、高響應(yīng)度的高性能光電探測器。全文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：
　?。?）研究了混頻法產(chǎn)生THz波的基本原理，從THz混頻器的工作原理出發(fā)推導出THz波輸出功率的

3、計算公式，分析了影響輸出功率的因素，發(fā)現(xiàn)了增強量子效率是提高輸出功率的最佳方法。然后提出了在普通 THz混頻器上耦合一個諧振腔增強結(jié)構(gòu)，并分析了諧振腔結(jié)構(gòu)對THz輸出功率的影響。得到了諧振腔的最高量子效率為93％，以及它的低頻THz波輸出功率為非諧振腔結(jié)構(gòu)的8倍。
　?。?）推導了亞波長金屬單狹縫的透射率計算公式，詳細地分析了影響透射率的幾種因素。根據(jù)亞波長金屬單狹縫可以形成透射增強、充當反射鏡和提供低電容電極的三重功能，提出了亞

4、波長金屬單狹縫的級聯(lián)腔結(jié)構(gòu)光電探測器。主要分析了金屬狹縫對探測器性能的影響，狹縫的第一級諧振高度都為320nm，當狹縫的寬度為60nm時，級聯(lián)腔結(jié)構(gòu)探測器與普通結(jié)構(gòu)的相比，響應(yīng)度提高為80。并得到了此結(jié)構(gòu)的3dB響應(yīng)帶寬為150GHz。
　?。?）基于亞波長金屬單狹縫光電探測器的應(yīng)用局限性和亞波長金屬光柵也具有的三重功能，以及金屬薄層具有反射率高和制作工藝簡單的特性，提出了亞波長金屬光柵的級聯(lián)腔結(jié)構(gòu)光電探測器。對亞波長金屬光柵的結(jié)