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基于雪崩光电二极管的弱光探测技术研究

光学与光电技术 2014年第4期12卷 56-60页

作者：邹建陈晴于文林重庆大学光电工程学院重庆400044

通过采用无源抑制方法对雪崩光电二极管的弱光探测技术进行了研究,分析了工作在盖革模式下的InGaAs APD的特性。利用APD两端的偏置电压VB在其雪崩后趋于稳定的特性,确定了其雪崩暗击穿电压,并且在水冷温控系统中,测得了APD雪崩暗击穿电... 详细信息

通过采用无源抑制方法对雪崩光电二极管的弱光探测技术进行了研究,分析了工作在盖革模式下的InGaAs APD的特性。利用APD两端的偏置电压VB在其雪崩后趋于稳定的特性,确定了其雪崩暗击穿电压,并且在水冷温控系统中,测得了APD雪崩暗击穿电压与温度的关系。结果表明,APD的雪崩暗击穿电压随着温度的上升而增大,光子群(弱光)到达时,APD探测到的在某一幅值处的脉冲数明显增加,其脉冲幅度也将增大。

关键词：弱光探测无源抑制雪崩光电二极管暗击穿电压

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基于MgZnO有机紫外光电器件的性能优化

基于MgZnO有机紫外光电器件的性能优化

作者：李明昊浙江海洋大学

学位级别：硕士

随着海运的蓬勃发展和环保意识的增强,使得船舶的传统能源转向绿色能源电力推动系统加快了步伐,与此同时,随之智能设备的飞速发展,船舶的电网系统也越加复杂,所以电力安全成为了船舶安全的重点。一般来说,电力火灾是电线由于老化等原因... 详细信息

随着海运的蓬勃发展和环保意识的增强,使得船舶的传统能源转向绿色能源电力推动系统加快了步伐,与此同时,随之智能设备的飞速发展,船舶的电网系统也越加复杂,所以电力安全成为了船舶安全的重点。一般来说,电力火灾是电线由于老化等原因出现放电引起可燃物的燃烧,但是由于电晕放电的紫外光很微弱,而目前的大多数的探测器很难在如此微弱的光强下保持较好的工作状态,故如何提升紫外光电探测器在器件性能和解决器件在微弱的光强下依然保持工作是亟待解决的问题。本工作通过水热法制备出Mg掺杂的Zn O NRs薄膜,利用二次掺杂得到更容易成膜的PEDOT:PSS溶液,通过旋涂法使其与Mg Zn O NRs薄膜良好接触形成PN结,使用真空蒸镀法制备银电极。制备出的紫外光电探测器的器件结构为FTO glass/Zn O/Mg Zn O NRs/PEDOT:PSS/Mo O/Ag,通过改变照射光的强度,测试器件在不同光强下的性能,得到器件能探测到的最低的光强是0.01 m W/cm的微弱光强,比同类型的器件所能探测到的最低的光强低一个数量级。同时,通过变化Mg Zn O的生长液浓度对器件的性能进行提升,分别配置了溶液浓度为0.01 M,0.03 M,0.05 M,0.07 M,然后观察不同的溶液浓度生长出的薄膜的形貌,发现浓度对薄膜的形貌产生很大影响,通过计算薄膜的光散射值(Haze),发现不同溶液浓度生长的薄膜具有不一样的光散射能力,而光散射能力的强弱也影响了器件的性能,最终实现了器件性能的优化。本次工作通过溶液浓度的变化,实现了对控制光散射能力,提高了紫外光电器件的性能,达到了对微弱的紫外光探测的目的,为船舶火灾的发现提供更迅捷的预警,给船舶提供更安全的保证。

关键词： MgZnO NRs 紫外光电探测器船舶火灾预警光散射弱光探测

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纠缠光子探测技术及应用研究

纠缠光子探测技术及应用研究

作者：王赫沈阳理工大学

学位级别：硕士

量子纠缠是一种量子现象,其具有量子力学中相干性和空间非定域性的特点。目前,通过量子理论与其他学科的结合发展,在量子通信、量子计量、量子成像和量子照明技术等众多领域都得到了广泛的应用。本文主要研究了连续可调谐纠缠光源制备... 详细信息

量子纠缠是一种量子现象,其具有量子力学中相干性和空间非定域性的特点。目前,通过量子理论与其他学科的结合发展,在量子通信、量子计量、量子成像和量子照明技术等众多领域都得到了广泛的应用。本文主要研究了连续可调谐纠缠光源制备及应用。首先设计了基于BBO晶体的波段连续可调探测器量子效率测量系统。依据不同匹配模式,计算了BBO晶体的角度调谐曲线。为保证波长调谐范围连续性、大增益及高信噪比,确定了18.9°的非共线相位匹配角,并搭建了后续光路及符合测量系统,完成了连续调谐系统的调试及测验。制备出1600nm和456nm以及1300nm和488nm的纠缠光子源,并测量了单光子探测器的量子效率,结果与探测器出厂测试数据基本一致。本文还设计了基于周期性极化晶体（PPLN）的波段可调目标探测系统。通过研究周期性极化晶体的调谐方式,计算对比了不同极化周期PPLN晶体的温度调谐曲线,实现了PPLN晶体波段可调纠缠光源。在69℃下,制备了1600nm和797nm的纠缠光子对。设计了可应用于远程目标探测的大口径望远系统及符合测量系统,并通过实验验证了其对于弱光信号的收集能力,为进一步实现基于红外波段纠缠光源的远程精准目标探测奠定了基础。

关键词：连续调谐弱光探测量子效率测量相位匹配

基于SiPM的高灵敏度大响应范围的弱光探测系统

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光学仪器 2019年第4期41卷 69-73页

作者：刘刚贾宏志涂建坤上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海赛克力光电缆有限责任公司上海200093

为了满足在极低和较高光功率范围内对光信号的探测,提出了基于硅光电倍增管(SiPM)的弱光检测系统,该系统包含自动调节偏压电路、电流?电压转换电路、小信号放大电路和滤波电路。测量不同偏压下SiPM的输出与入射光信号之间的关系,实验结... 详细信息

为了满足在极低和较高光功率范围内对光信号的探测,提出了基于硅光电倍增管(SiPM)的弱光检测系统,该系统包含自动调节偏压电路、电流?电压转换电路、小信号放大电路和滤波电路。测量不同偏压下SiPM的输出与入射光信号之间的关系,实验结果显示,偏压对SiPM的输出有很大影响,不同偏压下,SiPM的探测能力和探测范围都不相同。此外,该系统对25 pW到1.75μW的光信号都有响应,能在极低和较高光功率范围内对光信号进行连续探测。

关键词：硅光电倍增管(SiPM) 弱光探测自动偏压控制大范围响应

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高响应度的NMOS型栅体互连光电探测器

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2019年第8期52卷 788-792页

作者：谢生王雪飞兰馗博毛陆虹董威锋丛佳孙邵凡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 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

针对硅基光电探测响应度低的问题,设计了一款与标准CMOS工艺兼容的、可用于弱光探测的高响应度的NMOS型光电探测器(NMOS-PD).该探测器由栅体互连的NMOS管和T-well/N-well结光电二极管构成,利用光电二极管的光生伏特效应改变T阱电势,进... 详细信息

针对硅基光电探测响应度低的问题,设计了一款与标准CMOS工艺兼容的、可用于弱光探测的高响应度的NMOS型光电探测器(NMOS-PD).该探测器由栅体互连的NMOS管和T-well/N-well结光电二极管构成,利用光电二极管的光生伏特效应改变T阱电势,进而控制NMOS管的栅压和阈值电压,以此实现光信号的探测与倍增放大,故所设计光电探测器具有更高的光电流增益和更宽的动态范围.经理论模拟计算和优化设计,本文设计了总面积为20μm×20μm的NMOS-PD,选用整个T阱区作为光敏区域(16μm×16μm),以增加光的吸收量,所设计光电探测器经UMC 0.18μm CMOS工艺流片制备.测试结果表明,所设计探测器在400～700 nm波长范围内具有较好的响应度.采用630 nm LED作为光源,当输出光功率密度P_(opt)=5 mW/cm^2、漏源偏压V_(DS)=0.4 V时,NMOS-PD的响应度达到1 550 A/W,并实现了200 kHz的信号探测.尽管随着光强增大,光电探测器响应度逐渐降低,但整体上仍超过10~3A/W.与硅基CMOS工艺制备的传统光电探测器相比,所设计光电探测器结构不仅可在低压、低功耗下正常工作,且在弱光条件下具有极高的倍增放大能力,有望应用于弱光探测的图像传感领域.

关键词：光电探测器响应度弱光探测 CMOS 工艺

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高精度激光脉冲测距技术

红外与激光工程 2011年第8期40卷 1469-1473页

作者：李密宋影松虞静李春领唐丹中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621900

激光测距技术是影响机载三维激光雷达性能的重要因素,研制高精度的激光测距系统对提高机载三维激光雷达的性能具有重要意义。开展了激光脉冲静态测距实验研究,对弱光探测和时间间隔测量技术进行了相应的研究,建立了激光测距实验平台和... 详细信息

激光测距技术是影响机载三维激光雷达性能的重要因素,研制高精度的激光测距系统对提高机载三维激光雷达的性能具有重要意义。开展了激光脉冲静态测距实验研究,对弱光探测和时间间隔测量技术进行了相应的研究,建立了激光测距实验平台和测量装置。通过选择合适的光电探测器和高性能的时间测量电路,初步实现了高精度激光脉冲静态测距,激光测距精度优于2.0 cm,平均误差不超过1.5 cm,达到了国内先进水平。实验结果充分证实了弱光探测和时间测量技术的可行性,为开展激光脉冲快速扫描测距积累了经验。

关键词：激光脉冲测距机载三维激光雷达弱光探测时间间隔测量

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应用于单光子探测的射频电路与系统研究

应用于单光子探测的射频电路与系统研究

作者：张博西南交通大学

学位级别：硕士

光子可以理解成量子化电磁场的单模激发态,量子化电磁场的模式6)中单个光子的能量可以通过频率与普朗克常数?表示为?。单光子可以理解成光子数的统计平均值为1与方差为零的单光子态。单光子探测技术在国防、国家安全以及量子通信等领域... 详细信息

光子可以理解成量子化电磁场的单模激发态,量子化电磁场的模式6)中单个光子的能量可以通过频率与普朗克常数?表示为?。单光子可以理解成光子数的统计平均值为1与方差为零的单光子态。单光子探测技术在国防、国家安全以及量子通信等领域中扮演重要角色,是当下我国急需抢占的科技制高点,具有重要的研究意义。本文中的单光子探测主要面向可见光到近红外波段的弱光以及能量更低的微波频段的微波单光子。首先,对射频电路与系统的基础知识进行了分析与归纳总结,主要包含传输线理论与微波网络基础知识,史密斯圆图、阻抗匹配与电路调试,以及矢量网络分析仪原理及测试。然后,先阐述微波动态电感探测器与低温低噪声放大器的研究进展,包含其原理、设计、制备与测试;类比于射频收发机指标分析方法,实现了射频信号测量系统的指标分析,主要包含噪声系数,增益,1 d B压缩输入与输出功率,灵敏度等;结合实验室的极低温微弱射频信号测量系统,采用了不同温区的灵敏度分析方法,为高灵敏度射频信号测量系统设计提供理论基础,揭示了实现高灵敏度测量系统的本质是极低的测试环境温度以及探测器的窄带响应。最后,先依据威尔金森功分器原型,采用商用的电磁仿真软件HFSS设计了中心频率5 GHz、功分比为等分的共面波导型超导微波功分器;总结了约瑟夫森参量放大器的原理、设计、制备与测试方法;进而提出了需要更高能量分辨率的微波单光子探测系统设计方案。主要的研究工作是完成基于微波动态电感探测器的弱光探测系统设计与优化以及基于约瑟夫森参量放大器的微波单光子探测系统设计方案。研究成果如下:(1)采用了不同温区的灵敏度分析方法,从而分析了20 m K温区处的测量系统的灵敏度达到-140 d Bm左右的水平,为可见光到近红外波段的弱光探测提供理论基础。设计与优化的高灵敏度射频信号测量系统为弱光探测提供了硬件条件。(2)完成了工作频率为5～5.5 GHz的共面波导型超导微波功分器设计、制备与测试,该项工作可以推广应用于其它超导微波无源器件设计与制备。结合约瑟夫森参量放大器,进而提出了微波单光子探测系统设计方案。

关键词：低温低噪声放大器高灵敏度射频信号测量系统弱光探测共面波导型超导微波功分器约瑟夫森参量放大器微波单光子探测

苯并噻吩类有机半导体单晶的可控制备及其在有机光电晶体管中的应用

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苯并噻吩类有机半导体单晶的可控制备及其在有机光电晶体管中的应...

作者：吕尤苏州大学

学位级别：硕士

有机单晶光电晶体管具有高增益、低噪声等优势,在弱光探测、光存储、图像传感等领域有着广泛的应用前景。目前,有机单晶光电晶体管的性能已经得到了较大的提升,但仍然存在对弱光的探测率低及器件集成度较低等问题,无法满足高分辨率图像... 详细信息

有机单晶光电晶体管具有高增益、低噪声等优势,在弱光探测、光存储、图像传感等领域有着广泛的应用前景。目前,有机单晶光电晶体管的性能已经得到了较大的提升,但仍然存在对弱光的探测率低及器件集成度较低等问题,无法满足高分辨率图像传感的要求。因此,本论文以光电性质优异的苯并噻吩类有机半导体为基础,从器件结构设计及其单晶图案化两方面开展工作,提高弱光探测的能力和成像的分辨率,具体如下:1.光电流放大型的有机单晶光电晶体管的设计及其在弱光探测和仿生光子学器件中的应用在本工作中,我们提出一种新型的基于C8-BTBT(2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩):PbSCQDs(胶体量子点)的光电流放大型有机光电晶体管器件(PA-OPT),提高对弱光的探测能力。PA-OPT器件采用肖特基型场效应晶体管(SB-FET)的器件结构,其中光吸收层PbS CQDs夹在栅绝缘层中间以避免在载流子传输过程中直接引入缺陷态。在光照条件下,光生电子很容易被光吸收层/底层绝缘层界面处的电子捕获基团捕获,产生较大的光栅电压Vph。此外,PA-OPT器件依靠SB-FET产生的超陡亚阈值摆幅(SS)进一步增强光栅电压对沟道电导的调制,显著地放大弱光照射下引发的光电流。因此,PA-OPT器件能够检测到低至138 nW cm-2的弱光,并具有两个数量级的光敏度(P为376)。值得注意的是,PA-OPT器件在近红外区域展现出极低的噪声等效功率(NEP)为5.14 fW Hz-1/2和较高的光响应度(R)为11.8 A W-1,这意味着该器件的最小可检测光强度小于7.14 pW cm-2。基于该器件超高的弱光探测能力,我们展示了一种基于PA-OPT的光神经突触器件,在微弱的光照刺激下,成功模拟了人类视觉的图像识别和学习过程,为实现人工视觉和智能图像识别等仿生光子器件开辟了道路。2.有机半导体单晶阵列精确定点、定位图案化生长及其在高集成度有机光电晶体管中的应用在本工作中,我们展示了一种无溶剂的图案化方法,称为毛细管力驱动分子流(CFDMF),成功制备了具有高分辨率和高保真度的C8-BTBT单晶阵列。在本方法中,C8-BTBT薄膜随着温度的升高会转变成液相。由于微沟道之间浸润性的差异,会产生毛细作用力来驱动C8-BTBT液体流进微沟道内部,并铺展开,随着温度的降低会快速重结晶形成图案化的单晶阵列。我们利用原位光学观察和掠入射X射线衍射(GIXRD)系统地观察C8-BTBT从薄膜转变为单晶阵列的相变过程,并采用COMOL模拟液体的流动行为进一步加深对该生长机制的理解。随后我们对单晶阵列的形貌进行扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征,晶体表面比较光滑且覆盖满整个微沟道。透射电子显微镜(TEM)和2D-GIXRD表征证明晶体的结晶质量高,取向均匀。因此,可以通过光刻技术来预先设计微沟道的图案位置和形状得到不同图案、高分辨率的C8-BTBT单晶阵列。基于这种方法,我们利用光刻对准技术成功制备出13 × 13的有机场效应晶体管(OFETs)矩阵电路,分辨率高达310 dpi。所有工作的OFETs均表现出良好的场效应晶体管特性,最大载流子迁移率为5.78 cm2V-1 s-1,平均载流子迁移率为4.44 cm2V-1 s-1,表明器件的性能波动小,为其应用于高分辨率图像成像奠定了基础。

关键词：有机半导体单晶光电晶体管弱光探测图案化高分辨率图像成像

基于标准CMOS工艺的UV/blue光电探测器

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光子学报 2017年第9期46卷 32-37页

作者：董威锋谢生毛陆虹廖建文朱长举乔静天津大学微电子学院天津市成像与感知徽电子技术重点实验室天津300072 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

基于UMC 0.18μm CMOS工艺,提出一种适合紫外/蓝光探测的探测器,该器件由栅体互联的NMOS晶体管和横向/纵向光电二极管构成.其中,浅结的光电二极管由UMC工艺中Twell层(浅P阱)和Nwell层形成,以增强其对紫外/蓝光的吸收,栅体互联的NMOS晶... 详细信息

基于UMC 0.18μm CMOS工艺,提出一种适合紫外/蓝光探测的探测器,该器件由栅体互联的NMOS晶体管和横向/纵向光电二极管构成.其中,浅结的光电二极管由UMC工艺中Twell层(浅P阱)和Nwell层形成,以增强其对紫外/蓝光的吸收,栅体互联的NMOS晶体管可以放大光电流,提高探测器的灵敏度和动态范围.仿真结果表明,本文设计的紫外/蓝光探测器具有低的工作电压和暗电流,对300~550nm波长范围的光具有高的响应度和宽的动态范围.在弱光条件下(光强小于1μW/cm2),响应度优于105 A/W,随着光强增大,响应度逐渐降低,但总体仍超过103 A/W.

关键词：光电器件响应度弱光探测紫外/蓝光 CMOS工艺动态范围选择性