硅基光电探测器.ppt

硅基光电探测器
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硅基光电子学简介
硅基探测器原理
08年新发现:硅基雪崩探测器
发展趋势
硅基光电子学是近年来逐步发展起来的新兴交叉型学科,研究方向涉及硅基光放大器、硅基光开关,硅基耦合光栅和硅基生物传感器等方面。
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Contents
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硅材料是地球上分布最广的元素之一,因价格低廉而成为现代微电子技术的基础材料。随着技术的发展,人类现在已经掌握了硅在微小尺度的加工工艺,单位面积内集成的硅电子元件也愈来愈多,其对信息的处理能力也愈来愈强。根据摩尔定律:单位面积处理器的晶体管数每两年就会增长一倍。但高度的集成性却带来了技术的瓶颈,巨大的发热量导致芯片的信息处理能力降低直至丧失。
为此,科学家们试图寻求新的途径解决。最具代表性,也是有潜力的方案是利用硅材料实现信息的处理。科学家们试图利用现有的,已经很成熟的硅加工技术在硅片上集成光学元器件及系统。只有在这方面获得成功,才有可能真正地形成“硅基光电子学”。
硅基光电子学
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硅基光探测器
硅基光电子技术的主要研究成果
下面重点介绍这些研究成果的结构、性能和研究、发展趋势。
高速率硅基光调制器
硅基连续激光器
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硅基连续激光器
受激喇曼辐射是一种非线性光学效应,它是指系统在吸收了泵浦光的一个光子同时向外辐射能量更低的一个光子和声子。硅基连续激光器则是利用这一原理在硅基波导内实现连续受激喇曼光输出。
。当外加偏置电压到P—i—n二极管时,波导内就产生电场,该电场有助于移除双光子吸收形成的电子一空穴对。表征自由载体与波导内光模式作用时间的有效载体寿命随外加偏置电压增大而减小。当外加偏置电压为25V时,有效载体寿命从原来的数十纳秒减少到1纳秒左右。具备上述条件的波导非常有利于硅基激光的自激放大,从而形成激光连续的输出。
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硅基连续激光器
经过实验测试,硅基连续激光器工作在单模模式下,激光线宽稳定在8MHz以内。(8GHz)内出现。说明受激喇曼激光束的优良光学性质非常有利于信息的加载与传输。
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硅基连续激光器
英特尔公司的研究人员采用了一种被称作p-i-n二极管结构克服了技术上的瓶颈。
该p-i—n二极管结构如图1所示。p-i—n二极管分列于波导两侧,成份主要是硼与磷,掺杂浓度控制在l×1020cm~。P区与n区的间隔为6μm左右。为了在p-i-n两端施加偏置电压,P区与n区上附着了导电铝膜。。
当外加偏置电压到P—i—n二极管时,波导内就产生电场,该电场有助于移除双光子吸收形成的电子一空穴对。表征自由载体与波导内光模式作用时间的有效载体寿命随外加偏置电压增大而减小。
当外加偏置电压为25V时,有效载体寿命从原来的数十纳秒减少到1纳秒左右。具备上述条件的波导非常有利于硅基激光的自激放大,从而形成激光连续的输出。
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高速率硅基光调制器
英特尔公司研究人员采用基于金属氧化物半导体(MOS)电容器的新型移相器植于钝化硅波导Mach-Zehnder(MZ)干涉仪结构。
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高速率硅基光调制器
在电荷积累过程中,移相器n型区域为地,在P型区域加以正电压,电子和空穴因电压变化产生的电荷密度变化可以由下式表达:
根据Kramers—Kronig分析的实验吸收谱,电子和空穴的电荷密度变化为:
折射系数变化造成移相器相位改变可由下式给出:
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。同样,研究人员还检测了数字脉冲电压在MZ干涉仪的传送情况,并且观测到1Gbits‘I的数据传输率。
。光束耦合进入Mz干涉仪后平分进入干涉仪两臂。Mz干涉仪原理图如图2所示,MZ干涉仪两臂的移相器分别施加一定的电压对通过两臂光束速度进行调制,因此两束光速度不一致导致了相位的差别。由于两臂光束的相位差,合成光就被施加了强度调制。
高速率硅基光调制器
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