垂直方向耦合光波导探测器的研究

摘要

在光控相控阵雷达系统中，光电探测器起着重要的作用，缺乏大功率高速光电探测器是制约光控相控阵雷达实用的瓶颈。传统的 PIN光电二极管和光波导探测器存在很多的不足，近年来，在方向耦合光波导探测器的基础上，提出一种新型的大功率高速度的光电器件——垂直方向耦合光波导探测器，解决了光控相控阵雷达的“相移问题”和“微波功率问题”。
　　本文主要对垂直方向耦合光波导探测器方案进行理论上的设计研究，实现大功率高速度要求。本文作者主要展开了以下四个方面的工作：
　　1、大量查阅文献，在了解国内外研究现状的基础上，提出了一种垂直方向耦合光波导探测器的结构，该结构在满足模式匹配条件的情况下，波导中电流分布均匀，能满足大功率要求。
　　2、采用 BeamProp软件对垂直方向耦合光波导探测器的结构参数进行仿真，使其满足模式匹配条件，确定了垂直方向耦合光探测器的结构参数，并通过Matlab编程来进行有效折射率法验证该结构满足要求。同时针对输入端烧毁问题提出了加入输入波导的解决方案，减小光电流的波动。
　　3、垂直方向耦合光波导探测器的基片采用单载流子（Uni-traveling-carrier，UTC）结构，设计其外延基片，采用 Silvaco软件，对 UTC结构中载流子的输运情况进行分析计算，协调饱和电流和响应速度的矛盾，设计出UTC膜系。
　　4、由 Silvaco软件仿真，得到本文中所设计的垂直方向耦合光波导探测器的基本性能指标为带宽20 GHz，渡越时间为2.9e-11s，理论上基本能达到大功率高速运转。
　　理论设计需要良好的工艺支撑，在本文最后，对后续的生长工艺中外延片生长、掩膜设计、腐蚀加工、电极制作等方面提出了一些值得注意的问题，将理论与实际情况结合起来，通过不断调整理论设计结构参数来弥补实际加工中遇到的问题，力求能制造出各方面特性良好的探测器件实体。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3研究内容

第二章 垂直方向耦合光波导探测器的基础知识

2.1 光电探测器的基本理论

2.2 超模匹配条件

2.3 垂直方向耦合光波导探测器

2.4 垂直方向耦合光波导探测器的设计原理

2.5 本章小结

第三章 垂直方向耦合光波导探测器的超模匹配

3.1超模匹配的垂直方向耦合光波导探测器

3.2 数值模拟仿真

3.3 有效折射率法验证

3.4 垂直方向耦合光波导探测器的输入波导

3.5 本章小结

第四章 垂直方向耦合光波导探测器的UTC膜系

4.1 UTC结构

4.2 外延基片结构

4.3 数值模拟仿真

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

研究生期间的学术成果