刘长明 1,1,2,2史学舜 1,1,2,2,*张鹏举 1,1,2,2庄新港 1,1,2,2刘红博 1,1,2,2
1 中国电子科技集团公司第四十一研究所, 山东 青岛 266555
2 国防科技工业光电子一级计量站, 山东 青岛 266555
针对硅单光子雪崩探测器探测效率高准确度测量的需要，建立了一套溯源至标准探测器的硅单光子探测器探测效率测量装置.首先通过大动态范围高精度衰减产生光子数已知的准单光子源来校准探测器的探测效率，其次对影响探测效率测量的后脉冲概率和死时间进行了分析与测量，最后系统分析了各测量不确定度的来源，实现了硅单光子雪崩探测器在632.8nm波长处探测效率测量不确定度达到0.6%（k=2）.该装置采用超连续谱光源与单色仪组合输出单色光源，结合标准探测器，可根据需要实现硅单光子雪崩探测器宽波段内的探测效率自动化测量.
硅单光子雪崩探测器 探测效率 后脉冲 死时间 标准探测器 Silicon single-photon avalanche detector Detection efficiency Afterpulsing Dead time Standard detector 光子学报
2019, 48(12): 1248006
邓学松 1,1,3,3方明 1,1,2,2,3,3,*任信钢 1,1,2,2,3,3黄志祥 1,1,2,2,3,3吴先良 1,1,3,3
1 安徽大学 计算智能与信号处理教育部重点实验室, 合肥 230601
2 安徽大学 物质科学与信息技术研究院, 合肥 230601
3 安徽大学 电磁环境感知安徽省教育厅重点实验室, 合肥 230601
提出了一种由亚波长硅粒子组成的全介质超表面，在硅粒子中引入适当的缺陷从而破坏结构的对称性，进而使超表面能够激发出陷波模态.将石墨烯与全介质超表面相结合进行DNA和RNA等核酸物质传感检测，对比透射光谱中的谐振模式，发现所设计的超表面能够灵敏的感知周围环境的微弱变化，其在传感检测时的灵敏度可以达到173 nm/RIU，相应的品质因数可达14 416 RIU-1，具有优异的生物传感性能.全介质超表面是实现超灵敏生物传感检测的一种有效的途径.
超表面 生物传感器 石墨烯 纳米光子学 肿瘤标志物 Metasurface Biosensors Graphene Nanophotonics Tumor marker 光子学报
2019, 48(12): 1248005
苏州大学 电子信息学院, 江苏 苏州 215006
设计并制备了基于石墨烯/n型硅肖特基结的光电探测器，并从能带角度研究和分析了其I-V及C-V特性.结果表明，石墨烯/氮化硅/硅（金属-绝缘层-半导体）电容器对器件的I-V及C-V特性有较大影响.在808 nm近红外光的照射下，器件反向电流和正向电流大小接近，归因于氮化硅/硅界面堆积的光生空穴向石墨烯/硅肖特基结的扩散，器件光响应度为0.26 A/W.基于热发射模型从I-V暗电流曲线提取的肖特基势垒高度及理想因子分别为0.859 eV和2.3.利用肖特基二极管耗尽层电容公式从C-2-V曲线提取的势垒高度随着频率的增加而增加并趋于稳定在0.82 eV.由于界面态的影响，石墨烯/硅肖特基结耗尽层宽度随频率增加而增加，而硅施主原子的掺杂浓度及器件电容则随频率增加而减小.
石墨烯 光电探测器 能带分析 MIS电容器 肖特基势垒高度 界面态 Graphene Photodetector Energy band analysis MIS capacitor Schottky barrier height Surface states 光子学报
2019, 48(12): 1248004
1 南京邮电大学 电子与光学工程学院, 微电子学院, 南京 210023
2 南京邮电大学 贝尔英才学院, 南京 210023
设计了一种基于硅基波导光子轨道角动量的产生及复用器，该器件主要由非对称定向耦合器和带沟槽的波导两部分组成.根据相位匹配条件，基模TE00通过非对称定向耦合器耦合成一阶模TE10，带沟槽的波导可支持光轴相对于水平和垂直方向旋转45°的两个正交的本征模，调整两个正交的本征模的相位差，使其进行简并，可进一步将TE10转换为多种轨道角动量模式，并在第二个沟槽结构中进行复用.采用时域有限差分法进行仿真计算，结果表明：该器件可以实现拓扑荷为+1、0、-1的光子轨道角动量模式的产生及复用，且器件结构紧凑，尺寸小于80 μm×5.3 μm，损耗小于0.24 dB，适用波长范围为1.47~1.58 μm.该器件制作工艺简单，易于集成，可应用于轨道角动量复用系统等领域.
光通信 轨道角动量 轨道角动量多路复用 时域有限差分法 硅基波导 相位匹配 模式耦合 Optical communication Orbital angular momentum modes Orbital angular momentum modes multiplex Finite difference time domain method Silicon waveguides Phase matching Mode coupling 光子学报
2019, 48(12): 1248003
1 北京工业大学 信息学部 电子科学与技术学院, 北京 100124
2 泰山学院 物理与电子工程学院, 山东 泰安 271000
为提高InP基光探测器的吸收效率和工作速度，设计了一种渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管探测器。采用有效折射率法和光束传播法，分析渐变耦合脊波导的光传输模式，优化后波导宽度和波导长度分别为2.6 μm和250 μm，可实现单模传输和高的光吸收效率.由于渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管光传输方向与载流子运动方向垂直，分别优化光敏晶体管的吸收效率和速度，器件输出光电流和特征频率均得到改善.渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度为33.83 A/W，饱和输出光电流为90 mA，最高特征频率达到87 GHz，其饱和输出电流和特征频率相比于台面单载流子传输异质结光敏晶体管分别提高了20%和24%.但渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管吸收体积大，获得饱和电流时的光功率也比较大，因此渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度略小于台面的单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度.
异质结光敏晶体管 单载流子传输 光束传播法 响应度 光学特征频率 Heterojunction phototransistor Gradual coupled ridge waveguide Beam propagation method Responsivity Optical characteristic frequency 光子学报
2019, 48(12): 1248002
1 天津大学 微电子学院 天津市成像与感知微电子技术重点实验室, 天津 300072
2 天津大学 电气自动化与信息工程学院, 天津 300072
提出一种SOI基的新型隧穿场效应晶体管（TFET）探测器结构，将光电二极管与TFET结合，实现光信号的探测放大.光电二极管的正极与TFET的栅极互连，感光后光电二极管的光生电势调控TFET的沟道势垒，控制TFET的输出电流，实现光信号到电流信号的转化.陡峭的亚阈值摆幅能有效放大输出电流，提高TFET探测器的响应度.应用SILVACO完成探测器结构和性能的模拟仿真.光电二极管的光生电势通过较薄的BOX区形成了TFET的底部栅压，增强了对沟道势垒的控制能力，增大了输出电流，结果表明，探测器对弱光具有较高的响应度，当入射光强小于10 mW/cm2时，响应度可超过104 A/W.此外，通过调整光电二极管的反偏电压、在源区与沟道间插入n+口袋等方法可显著提高探测器的输出电流和响应度.
光电探测器 绝缘体上硅 隧穿场效应晶体管 响应度 弱光探测 Photodetector Silicon-On-Insulator(SOI) Tunneling Field Effect Transistor(TFET) Responsivity Detection of weak light 光子学报
2019, 48(12): 1248001
