新型方向耦合器大功率高速光波导探测器原理研究

大功率高速光探测器是ROF系统的关键器件，ROF系统的广泛应用，需要既有足够大功率、又有足够高响应速度或足够宽带宽的光探测器。本项目针对光探测器输出微波功率较低的问题，研究具有方向耦合器结构的新型光波导探测器，在不牺牲探测器响应速度前提下，使探测器光电流有效增加，从而具有大功率输出能力。主要研究内容为：研究方向耦合器的零阶超模和一阶超模所满足的条件，在该条件下光电流可以大幅度增加；设计出满足该超模条件的方向耦合器的波导结构；分析单载流子的输运过程，确定载流子渡越时间和饱和效应与单载流子膜系的关系；研究有源方向耦合器的超模非正交性、幽灵模现象以及模式畸变等特性；实现所设计原理器件的MOCVD外延层生长和加工制作，并对器件的主要指标进行测试。通过这些研究工作，建立方向耦合器大功率高速光波导探测器的设计原理，为大功率高速光探测器找到一条切实可行的技术途径。

已研制出方向耦合光波导探测器。器件性能与参数正在测试中。. 项目研究工作获得如下重要结果：1.当方向耦合器的1阶超模和0阶超模的吸收长度相等且等于1/2耦合长度时，光波导探测器的性能最优，能够获得最大的光电流；2.采用特定的输入波导，能够有效减小波导前端的非正常吸收，从而有效减小波导前端的过热；3.崖层对电子加速通过耗尽层有重要作用；4；导带非连续性对3dB带宽有交大影响；5.采用双吸收层的对称结构会有更好结果；6.一种特殊原理的大尺寸单模波导可以大幅度增加波导横向尺寸，从而有效提高器件光电流；7.采用行波结构可以彻底颠覆器件的物理限制。. 本项目根据以上研究结果，设计了超模匹配光波导探测器。项目克服了材料生长、器件刻蚀、电极制作等加工中的若干困难，成功研制出超模匹配光波导探测器。. 项目下一步研究工作将研制大横向尺寸的行波光波导探测器，实现瓦级微波功率的光波导探测器。