【摘要】：雪崩光電二極管由于具有高增益特性而廣泛應(yīng)用于激光測(cè)距機(jī)中,但由于在電流倍增過(guò)程中引入的高附加噪聲,使激光測(cè)距機(jī)進(jìn)一步提高信噪比遇到了瓶頸。石墨烯具有高電子遷移率、零帶隙結(jié)構(gòu)、獨(dú)特光吸收系數(shù)等特性使其廣泛應(yīng)用于激光器、光調(diào)制器、透明電極以及超快光電探測(cè)器。該研究提出了一種高信噪比的諧振腔型石墨烯光電探測(cè)器的設(shè)計(jì)方法。以波長(zhǎng)為1.06μm的激光為例,采用光學(xué)傳輸矩陣法和散射矩陣法,研究了光波在諧振腔傳輸和吸收層吸收的機(jī)理,建立了諧振腔型光電探測(cè)器的光吸收模型,通過(guò)優(yōu)化,器件最終量子效率達(dá)到91.2%,響應(yīng)度達(dá)到0.778A·W~(-1),半高全寬達(dá)到6nm;分析石墨烯在諧振腔中的位置對(duì)器件吸收率的影響,發(fā)現(xiàn)在滿足諧振條件下,器件吸收率隨石墨烯位置呈現(xiàn)周期性變化,腔長(zhǎng)的改變不改變吸收率峰值,而是改變了吸收率峰值對(duì)應(yīng)的石墨烯在諧振腔中的位置,當(dāng)腔長(zhǎng)是入射光半波長(zhǎng)的n倍時(shí),隨著石墨烯位置變化,將出現(xiàn)2n個(gè)吸收率峰值,且關(guān)于諧振腔中心點(diǎn)對(duì)稱分布;選擇石墨烯距頂層反射鏡0.402 8μm時(shí),器件吸收率達(dá)到94%,相比單層石墨烯,吸收率提高了16dB;通過(guò)對(duì)比求解諧振腔型石墨烯光電探測(cè)器和雪崩光電二極管信噪比方程,得出諧振腔型石墨烯光電探測(cè)器信噪比可達(dá)到90.3,較雪崩光電二極管提高了10dB;理論分析表明,諧振腔型石墨烯光電探測(cè)器具有高吸收率、高量子效率和高信噪比,研究成果將對(duì)激光測(cè)距機(jī)接收系統(tǒng)中光電探測(cè)器的更新設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供理論參考。

【相似文獻(xiàn)】

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