一种基于多光电导耦合波导输出的高速光电探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于多光电导耦合波导输出的高速光电探测器，包括用于光电转换的光电导芯片

【技术实现步骤摘要】
一种基于多光电导耦合波导输出的高速光电探测器


[0001]本专利技术关于光电探测器，具体为基于多光电导耦合波导输出的高速光电探测器，属于光电子学领域
。

技术介绍

[0002]光信号在军事以及国民经济等领域应用广泛，而光电转换是其应用过程中不可或缺的部分，目前可用于光电转换的器件包括光电探测器和光电导天线等
。
[0003]随着技术的革新，毫米波频段以及太赫兹频段受到了广泛的关注，在安保
、
生物医疗和无线通信等应用系统中，高速光电探测器成为了不可或缺的元器件
。
自上世纪以来，国内外研究人员对大饱和电流和高速响应的光电探测器的研究已经取得了许多研究成果，高速大功率光电探测器的种类主要有：垂直入射
PIN
光电探测器
(PIN
‑
PD)、
单行载流子光电探测器
(UTC
‑
PD)
和波导探测器
(WGPD)。UTC
‑
PD
相比于
PIN
‑
PD
有显著的频率响应，但是，无论是
PIN
‑
PD
和
UTC
‑
PD
，其响应速率和光电响应度之间总是相互抑制
。
垂直入射型的
PIN
‑
PD
和
UTC
‑
PD
，以及边缘耦合型的
WGPD
都是集总式元件，其电响应带宽始终受
RC
电路时间常数的限制
。
要想使探测器在保证高功率的情况下，响应频率达到毫米波或太赫兹波段，就需要对探测器的
RC
电路时间常数进行设计，这通常是比较困难的
。
[0004]光电导天线通常用于太赫兹波的产生和探测，是脉冲和连续波
(CW)
工作中最常用的太赫兹发射和探测器之一
。
宽带光电导天线可以工作在较宽的频率范围，相比其他太赫兹源，利用光电导天线可获得具有相干性的超宽带太赫兹脉冲，但同时也具有不可调谐
、
平均功率低和光
‑
太赫兹转换效率低的缺点
。
太赫兹脉冲的产生原理是当飞秒激光脉冲辐照在两电极间隙时，在该区域的半导体材料表面形成光生载流子，而后载流子在偏置电压下加速并把储存的静电势能以太赫兹脉冲的形式释放出来
。
如果辐照在光电导天线电极之间的是两束频率差在太赫兹波段的连续激光，光电导天线起到混频器的作用，将辐射出与两束激光拍频同频率的电磁辐射，即连续太赫兹辐射
。
基于光子混频的连续太赫兹辐射源是光电导天线产生连续太赫兹辐射的方法之一，具有可调谐范围宽
、
室温工作
、
结构紧凑
、
成本较低等优点，在太赫兹辐射源中起着重要作用
。
该方法的主要缺点在于连续太赫兹辐射功率较低，一般只有亚
μ
w
乃至
nw
量级
。
[0005]光电探测器的缺点是电响应带宽始终受
RC
电路时间常数的限制，从而难以实现大带宽
。
光电导天线虽然工作带宽大，但是其输出形式为向空间辐射，与其他波导型光学器件不兼容，且输出功率小
。

技术实现思路

[0006]针对现有光电探测器响应带宽受
RC
电路时间常数限制，难以实现大带宽，光电导天线输出为辐射形式且功率小的问题，本专利技术提供一种结合光电导芯片与波导管的高速光电探测器，能够有效地解决上述问题
。
[0007]为实现上诉专利技术目的，本专利技术采用的技术手段是：
[0008]一种基于多光电导耦合波导输出的高速光电探测器，包括金属波导管
、
光电导芯片
、FC
光纤适配器
、
介质基板
、
第一法兰结构和第二法兰结构
。
所述光电导芯片工作带宽与所述金属波导管工作频段相匹配
。
所述金属波导管是长为
a
，宽为
b
的结构，具有外壁面与内壁面，用来定向引导电磁波
。
波导中的介质可以是空气，此时为空心金属管，也可在空心金属管中填充其它折射率的介质材料
。
所述金属波导管中的电磁波沿
Z
字形路径行进，在波导壁之间来回反射
。
当波导横截面尺寸
a
和
b
一定时，不同的
m
和
n
值
(
即模式
)
有不同的截止频率，当电磁波工作频率低于波导截止频率时，电磁波便在波导中截止
。
[0009]所述光电导芯片是进行光电转换的模块，以多个的形式置于金属波导管内壁面或金属波导管的横截面，形成光电导芯片组
。
在本专利技术中，光电导芯片的尺寸应小于金属波导管内壁面的尺寸，当所述光电导芯片置于内壁面的上下两个壁时，其尺寸应小于
a
，同理，当置于左右两壁时，应小于
b(a、b
分别为金属波导管的长边与短边
)。
当置于所述金属波导管的横截面时，使用不吸收相应频段电磁波的介质材料填充波导管，然后将光电导芯片置于介质材料形成的横截面上
。
[0010]所述光电导芯片可以采用单独供电或非单独供电两种供电方式
。
光电导芯片组中各独立光电导芯片由一个直流电源提供偏置电压，这种供电方式称为单独供电
。
非单独供电时，光电导芯片组中各独立光电导芯片电连接，由一个直流电源提供偏置电压
。
[0011]将所述光电导芯片以一定间隔距离排列，相邻光电导天线的间距由相邻光电导芯片之间辐射重叠面积最大
、
光电导芯片尺寸与各波导壁所需光电导芯片数量来决定，排列方式不受限制
。
[0012]将所述
FC
光纤适配器垂直耦合于所述介质基板后与金属波导管相连
。
在所述介质基板上与所述第一法兰结构和所述第二法兰结构相对应的位置打通孔，使用螺丝将
FC
光纤适配器与波导口紧密结合，所述第一法兰结构与所述金属波导管端口相连接，所述第二法兰结构与所述
FC
光纤适配器相连接
。
[0013]当所述光电导芯片置于横截面时，可根据实际需求，在光电导芯片组与所述
FC
光纤适配器之间放置多个微透镜，微透镜的数量和位置与光电导芯片相对应
。
[0014]因为每个所述光电导芯片的结构相同，所以在相同的条件下，多个光电导芯片被同时激发，在相同的频点有相同的相位差，可形成相干叠加，不同频率点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于多光电导耦合波导输出的高速光电探测器，其特征在于：包括金属波导管
(1)、
光电导芯片
(2)、
介质基板
(5)、
第一法兰结构
(4)、
第二法兰结构
(6)
和
FC
光纤适配器
(7)
；所述的光电导芯片
(2)
以多个的形式置于金属波导管
(1)
内壁面
(11)
或金属波导管
(1)
的横截面
(3)
，形成光电导芯片组
。2.
根据权利要求1所述的一种基于多光电导耦合波导输出的高速光电探测器，其特征在于，所述金属波导管
(1)
能够定向引导电磁波且具有外壁面
(12)
和内壁面
(11)。3.
根据权利要求1所述的一种基于多光电导耦合波导输出的高速光电探测器，其特征在于：所述光电导芯片
(2)
是进行光电转换的模块，其尺寸小于金属波导管
(1)
内壁面
(11)
的尺寸，光电导芯片
(2)
排列于内壁面
(11)
或横截面
(3)。4.
根据权利要求3所述的一种基于多光电导耦合波导输出的高速光电探测器，其特征在于：光电导芯片组中各独立光电导芯片
(2)
分别由直流电源独立提供偏置电压
。5.
根据权利要求3所述的一种基于多光电导耦合波导输出的高速光电探测器，其特征在于：光电导芯片组中各独立光电导芯片
(2)
电连接，由一个直流电源提供偏置电压
。6.
根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云才，陈天香，刘文杰，郎钰文，秦玉文，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：