Изобретение относится к области радиофотоники, и может быть использовано при конструировании систем возбуждения антенн и активных фазированных антенных решеток для связи, радиолокации и радионавигации.
Основными задачами при разработке передающих трактов радиофотонных систем являются получение максимально возможной мощности и быстродействия таких систем. Существующие перспективные направления по радиофотонным устройствам для различных применений используют преобразование оптического (лазерного) сигнала в электрический СВЧ сигнал.
Известно радиофотонное устройство (см. US 20210194586, МПК Н04В 10/2575, опубл. 24.06.2021), включающее источник оптического излучения, радиочастотный источник, электрооптический модулятор, соединенный волноводом с источником оптического излучения и с радиочастотным источником, причем электрооптический модулятор содержит первый кольцевой резонаторный модулятор и второй кольцевой резонаторный модулятор, маломощный фотодетектор, преобразующий промоделированный оптический сигнал в высокочастотный электрический сигнал, подаваемый на радиочастотный выход.
Недостатками известного радиофотонного устройства являются низкая мощность, менее одного мВт и низкая эффективность.
Известно радиофотонное фотоэлектрическое устройство (см. US 20060140644, МПК Н04В 10/04, опубл. 29.06.2006), состоящее из фотодетектора, оптоволокна и антенны, в котором описан вариант преобразования промодулированного оптического сигнала в высокочастотный электрический сигнал с помощью фотоприемника и передача сигнала в антенну за счет прямого преобразования модулированного оптического сигнала - по оптоволокну - на фотоприемник и на антенну.
Недостатками известного радиофотонного устройства являются низкие эффективность и мощность (1 мВт) устройства возбуждения, которая ограничивается мощностью фотодетектора, что ведет к потере мощности генерируемого антенной сигнала и искажению самого сигнала.
Известно радиофотонное фотоэлектрическое устройство (см. RU 2670719, МПК H04D 10/25, G02B 6/42, опубл. 24.10.2018), включающее симметричный оптоволоконный разветвитель, в первичное оптоволокно которого вводят мощные импульсы оптического излучения, длина вторичных оптоволокон разветвителя установлена отличающейся не более чем на 3 мм, каждое из вторичных оптоволокон оптически стыковано с AlGaAs-GaAs фотодетектором. При оптимальной мощности входного оптического импульса, который подается на фоточувствительную поверхность каждого фотодетектора, последовательное соединение фотодетекторов (в количестве N) позволяет увеличить в N - раз выходное сопротивление, что дает возможность согласовать фотоэлектрический модуль с нагрузкой.
Недостатками известного радиофотонного устройства являются низкие мощность и эффективность вследствие использования оптических разветвителей.
Известно радиофотонное фотоэлектрическое устройство (см. CN 206117559, МПК H01S 01/00, опубл. 19.04.2017), включающее лазерные излучатели с различной длиной волны, оптическую систему ввода излучения в оптоволокна и многопереходный фотодетектор лазерного излучения.
Недостатком известного радиофотонного фотоэлектрического устройства является необходимость подстройки мощности лазерных излучателей для получения одинаковых токов в каждом переходе многопереходного фотодетектора, что приводит к низкой эффективности устройства.
Известно радиофотонное фотоэлектрическое устройство (см. US 2006140644, МПК Н04В 10/04, опубл. 29.06.2006), включающее оптически последовательно соединенные лазер, оптоволокно и фотодетектор.
Недостатками известного радиофотонного фотоэлектрического устройства являются небольшая эффективность и мощность устройства, из-за низкой эффективности фотодетектора.
Известно радиофотонное фотоэлектрическое устройство (см. CN 113965273, МПК Н04В 10/80, опубл. 21.01.2022), совпадающее с настоящим техническим решением по наибольшей совокупности существенных признаков и принятое за прототип.Радиофотонное фотоэлектрическое устройство-прототип включает оптоволокно для ввода лазерного излучения и фотодетектор лазерного излучения, выполненный на основе полупроводниковой гетероструктуры с узкозонным фотоактивным слоем, заключенным между фронтальным и тыльным широкозонными слоями, выполненными с противоположными р- и n-типами проводимости, и с омическими контактами к фронтальному и тыльному широкозонным слоям.
Недостатками известного устройства являются небольшая эффективность и мощность устройства, которые ограничиваются малой мощностью и низкой эффективностью фотодетектора.
Задачей настоящего изобретения является разработка радиофотонного фотоэлектрического устройства с повышенной выходной мощностью и высокой эффективностью.
Поставленная задача достигается тем, что радиофотонное фотоэлектрическое устройство включает оптоволокно для ввода лазерного излучения и фотодетектор лазерного излучения, выполненный на основе полупроводниковой гетероструктуры с узкозонным фотоактивным слоем, заключенным между фронтальным и тыльным широкозонными слоями, выполненными с противоположными р- и n-типами проводимости, и с омическими контактами к фронтальному и тыльному широкозонным слоям. Новым является то, что гетероструктура выполнена в виде усеченного конуса, в котором фронтальная поверхность гетероструктуры образует меньшее основание усеченного конуса, а тыльная поверхность гетероструктуры образует большее основание усеченного конуса, угол ϕ наклона образующей боковой поверхности усеченного конуса к оси конуса установлен равным arcsin NA,
где NA - числовая апертура оптоволокна, на тыльной поверхности гетероструктуры нанесен слой диэлектрика с показателем преломления n<1.5, выполненный в виде круга с диаметром d1, установленным равным d2+2H⋅tg(arcsin NA),
где d2 - диаметр оптоволокна, Н - расстояние от торца оптоволокна до тыльной поверхности гетероструктуры, которое может быть установлено в диапазоне Н=10-23 мкм, и с толщиной h2 слоя диэлектрика, установленной в диапазоне λ/2<h2<3λ,
где λ - длина волны детектируемого излучения, фронтальный контакт фотодетектора выполнен в виде кольца, наружный диаметр кольца установлен равным диаметру меньшего основания усеченного конуса, а внутренний диаметр которого установлен превышающим диаметр оптоволокна, при этом тыльный контакт фотодетектора выполнен в форме диска с диаметром, равным диаметру большего основания усеченного конуса, причем на фронтальной поверхности диска выполнен кольцеобразный выступ с наружным диаметром, равным диаметру упомянутого диска, с внутренним диаметром, равным диаметру d1 круга диэлектрического слоя, и с высотой выступа, равной толщине слоя диэлектрика, при этом тыльный контакт выполнен из металла, имеющего коэффициент отражения излучения не менее 96%.
Радиофотонное фотоэлектрическое устройство может быть выполнено с диэлектрическим слоем, выполненным из SiO2 с показателем преломления n=1,47.
Радиофотонное фотоэлектрическое устройство может быть выполнено с тыльным контактом фотодетектора, выполненным из серебра с коэффициентом отражения 96-97% лазерного излучения.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение эффективности и мощности устройства, благодаря созданию в фотодетекторе тыльного комбинированного отражателя «диэлектрик - металлическое зеркало», обеспечивающего возврат в фотоактивную область части непоглощенного лазерного излучения и изотропного рекомбинационного излучения, генерируемого лазерным излучением. Увеличение эффективности фотодетектора обеспечивает, в свою очередь, увеличение мощности устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 схематически изображена в продольном разрезе конструкция радиофотонного фотоэлектрического устройства (1 - оптоволокно для ввода лазерного излучения, 2 - фронтальный широкозонный слой фотодетектора, 3 - узкозонный слой фотодетектора; 4 - тыльный широкозонный слой, 5 - слой диэлектрика, 6 - тыльный контакт фотодетектора, 7 - фронтальный кольцеобразный контакт фотодетектора; 8 - оптическая ось устройства; ϕ - угол наклона образующей усеченного конуса к оптической оси 8 устройства);
на фиг.2 приведена схема работы устройства (12, 13 - лазерные лучи, входящие в фотодетектор из оптического волокна; 14, 15 - лазерные лучи, отраженные от границы «диэлектрик-металл»; 16 - луч рекомбинационного изотропного излучения; 17 - луч, претерпевший полное внутреннее отражение от границы тыльного широкозонного слоя с диэлектрическим слоем).
Радиофотонное фотоэлектрическое устройство (фиг.1) включает оптоволокно 1 для ввода лазерного излучения и фотодетектор лазерного излучения, выполненный на основе полупроводниковой гетероструктуры с фронтальным широкозонным слоем 2, узкозонным фотоактивным слоем 3, заключенным между фронтальным широкозонным слоем 2 и тыльным широкозонным слоем 4, выполненными с противоположными р- и n-типами проводимости, и с омическими контактами 7, 6 к фронтальному и тыльному широкозонным слоям 2, 4.
Выполнение фотодетектора на основе полупроводниковой гетероструктуры с узкозонным фотоактивным слоем 3, заключенным между широкозонными слоями 2 и 4 р- и n-типа проводимости обеспечивает прозрачность фронтального широкозонного слоя 2 для лазерного излучения, вводимого из оптоволокна 1 в фотоактивный слой 3 фотодетектора, и прозрачность тыльного широкозонного слоя 4 для части лазерного излучения (лучи 11, 12 на фиг.2), не поглощенного в фотоактивном слое 3, а также для рекомбинационного излучения (луч 16 на фиг.2), генерируемого в узкозонном фотоактивном слое 3 при рекомбинации неразделенных в р-n переходе электронно-дырочных пар, генерируемых лазерным излучением. Данные свойства гетероструктуры обеспечивают минимизацию оптических потерь в фотодетекторе.
Гетероструктура выполнена в виде усеченного конуса, в котором фронтальная поверхность гетероструктуры образует меньшее основание усеченного конуса, а тыльная поверхность гетероструктуры образует большее основание усеченного конуса. Угол ϕ (фиг.1) наклона образующей боковой поверхности усеченного конуса к оси 8 конуса установлен равным ϕ=arcsin NA, где NA - числовая апертура оптоволокна.
Выполнение гетероструктуры в виде усеченного конуса с кольцевым фронтальным контактом 7 (фиг.1) и тыльным контактным слоем 6 также обеспечивает минимизацию оптических и омических потерь. В усеченном конусе фронтальная поверхность гетероструктуры образует меньшее основание конуса, а тыльная поверхность гетероструктуры образует большее основание конуса. Такая конструкция фотодетектора является оптимальной при вводе лазерного излучения в фотодетектор из оптоволокна 1, так как на фронтальной поверхности фотодетектора площадь пятна излучения меньше, чем на тыльной поверхности фотодетектора вследствие расходимости излучения (фиг.2) при максимальном угле ϕ, равном ϕ=arcsin NA. Поэтому при высоте усеченного конуса, равной толщине h2 (фиг.1) гетероструктуры, угол наклона образующих боковой поверхности усеченного конуса установлен равным ϕ=arcsin NA, что обеспечивает минимальные оптические потери лазерного излучения при максимально компактной конструкции фотодетектора.
На тыльной поверхности гетероструктуры нанесен слой 5 диэлектрика с показателем преломления n<1.5. Нанесение на тыльную поверхность гетероструктуры слоя 5 диэлектрика обеспечивает отражение лучей 16 (фиг.2) от границы тыльного широкозонного слоя 4 со слоем 5 диэлектрика, падающих на эту границу под углами больше угла В полного внутреннего отражения. Угол В полного внутреннего отражения определяется уравнением β=arcsin(n1/n2), где n1 - показатель преломления слоя 5 диэлектрика, n2 - показатель преломления тыльного широкозонного слоя 4. При значениях n1=1,47 и n2=3,5 угол ϕ=arcsin(0,42)≅25°. Таким образом, лучи света, падающие на границу тыльного широкозонного слоя 4 со слоем 5 диэлектрика под углами большими 25 угловых градуса будут отражаться от этой границы и, попадая после отражения в узкозонный фотоактивный слой 3, будут поглощаться в этом слое, генерируя электронно-дырочные пары, которые после разделения полем р-n перехода обеспечат увеличение фототока и эффективности фотодетектора и, как следствие этого, увеличение мощности устройства. При уменьшении показателя преломления слоя 5 диэлектрика угол полного внутреннего отражения будет уменьшаться, а коэффициент отражения границы полупроводника с диэлектриком будет увеличиваться, что обеспечит увеличение эффективности фотодетектора. Поэтому слой 5 диэлектрика выполнен с показателем преломления n1<1,5.
Слой 5 диэлектрика выполнен в виде круга с диаметром d1, (фиг.1) установленным равным d1=d2+2H⋅tg(arcsin NA),
где d2 (фиг.1) - диаметр оптоволокна 1, Н (фиг.1) - расстояние от торца оптоволокна 1 до тыльной поверхности гетероструктуры.
Величина Н является суммой толщины h1 гетероструктуры и расстояния торца оптоволокна 1 до фронтальной поверхности гетероструктуры. Толщина h1 гетероструктуры находится в диапазоне 5-8 мкм. Расстояние торца оптоволокна 1 до фронтальной поверхности гетероструктуры устанавливается минимальным, определяется прецизионностью оборудования, используемого при юстировке оптической системы «оптоволокно-фотодетектор» и составляет 10-5 мкм. Таким образом, расстояние Н устанавливается в диапазоне 10-23 мкм.
Толщина h2 слоя 5 диэлектрика установлена в диапазоне λ/2<h2<3λ, где λ - длина волны детектируемого излучения.
На основании теоретической оценки и эксперимента было установлено, что толщина h2 слоя 5 диэлектрика должна быть более λ/2, что обеспечивает достижение практически 100%-ного коэффициента отражения лучей, падающих на границу полупроводника с диэлектриком под углами, большими угла полного внутреннего отражения. Экспериментально также был установлен верхний предел толщины слоя 5 диэлектрика h2<3λ, так как при большей толщине слоя 5 диэлектрика ухудшается адгезия слоя 5 диэлектрика к полупроводнику, что может приводить к выходу из строя фотодетектора.
Выполнение слоя 5 диэлектрика в виде круга с диаметром d1=d2+2H⋅tg(arcsin NA) обеспечивает необходимую и достаточную площадь отражателя лазерных лучей, не поглощенных в узкозонном фотоактивном слое 3, включая самые периферийные лучи 11 (фиг.2), выходящие с края торца оптоволокна 1 под максимально возможным углом ϕ=arcsin NA.
Фронтальный контакт 7 (фиг.1) фотодетектора выполнен в виде кольца, наружный диаметр d4 (фиг.1) кольца установлен равным диаметру меньшего основания усеченного конуса, а внутренний диаметр которого установлен превышающим диаметр d2 (фиг.1) оптоволокна 1.
Выполнение фронтального контакта 7 (фиг.1) в виде кольца с наружным диаметром d4, равным диаметру меньшего основания усеченного конуса, обеспечивает максимально достижимую площадь фронтального минимального контактного сопротивления, что, в свою очередь, обеспечивает снижение омических потерь и увеличение эффективности и мощности фотодетектора и устройства в целом.
Установление внутреннего диаметра d3 кольца фронтального контакта больше диаметра d2 (фиг.1) оптоволокна 1 обеспечивает прохождение лучей из оптоволокна 1 в фотодетектор практически без оптических потерь, что необходимо для достижения максимальной эффективности фотодетектора.
Тыльный контакт 6 (фиг.1) фотодетектора выполнен в форме диска с диаметром, равным диаметру большего основания усеченного конуса, причем на фронтальной поверхности диска выполнен кольцеобразный выступ с наружным диаметром d5 (фиг.1), равным диаметру упомянутого диска 6, с высотой выступа, равно толщине слоя 5 диэлектрика, с внутренним диаметром, равным диаметру d1 круга слоя 5 диэлектрика, и с высотой выступа, равной толщине слоя 5 диэлектрика, при этом тыльный контакт 6 выполнен из металла, имеющего коэффициент отражения излучения не менее 96%.
Выполнение тыльного контакта 6 (фиг.1) фотодетектора в форме диска с диаметром, равным диаметру d5 большего основания усеченного конуса обеспечивает максимально достижимую площадь тыльного контакта 6, что, в свою очередь, обеспечивает минимальное контактное сопротивление, снижение омических потерь и повышение эффективности фотодетектора.
Выполнение на фронтальной поверхности диска тыльного контакта 6 кольцеобразного выступа 9 с наружным диаметром, равным диаметру d5 диска, с внутренним диаметром, равным диаметру d1 круга слоя 5 диэлектрика и с высотой выступа, равной толщине h2 слоя 5 диэлектрика, обеспечивает максимально достижимые контакт и адгезию тыльного контакта 6 к слою 5 диэлектрика и к тыльной поверхности гетероструктуры.
Радиофотонное фотоэлектрическое устройство может включать диэлектрический слой 5, выполненный из SiO2 с показателем преломления 1,47-1,48. Имеются следующие диэлектрические материалы, для которых отработана технология их получения в виде тонких пленок: MgF2 (показатель преломления n=1,38), SiO2 (n=1,47), Al2O3 (n=1,67), TiO2 (n=2,47), Ta2O5 (n=2,1), ZnS (n=2,2).
Среди этих материалов SiO2 наиболее отработан технологически и обеспечивает достаточно малый угол ϕ полного внутреннего отражения, определяемого из уравнения ϕ=arcsin(n1/n2), где n1 - показатель преломления диэлектрического слоя 5 (SiO2), а n2 - показатель преломления полупроводника, контактирующего с диэлектриком. В настоящем устройстве полупроводником является тыльный широкозонный слой 4, например, выполненный из Al0.2Ga0.8As с показателем преломления n2=3,5. В этом случае угол ϕ полного внутреннего отражения равен ϕ=arcsin0,42 ≈25°. В телесном угле ±25° проходит сквозь границу «полупроводник-диэлектрик» около 7% изотропного излучения, т.е. отражается от этой границы ~ 93%, а остальные 7% доходят до Ag-зеркала, от которого отражается 96-97% излучения. Таким образом, оптические потери излучения в тыльном гибридном зеркале составляют около 0,2%.
Радиофотонное фотоэлектрическое устройство может включать тыльный контакт 6 фотодетектора, выполненный из серебра с коэффициентом отражения 96-97% лазерного излучения. Выполнение тыльного контакта 6 фотодетектора из серебра обеспечивает достижение максимального коэффициента отражения лазерного излучения, не поглощенного в фотоактивном слое 3, а также рекомбинационного излучения, что, в свою очередь, позволяет уменьшить оптические потери, увеличить эффективность и мощность устройства.
Работает устройство следующим образом.
Лазерное излучение с энергией квантов меньшей ширины запрещенной зоны фронтального широкозонного слоя 2 вводится в фотодетектор из оптоволокна 1. Лазерные лучи проходят без поглощения сквозь фронтальный широкозонный слой 2 (фиг.1) и при ширине запрещенной зоны узкозонного слоя 3 меньшей энергии квантов излучения поглощаются в узкозонном слое 3, генерируя электронно-дырочные пары, которые, разделяясь полем р-n перехода, дают вклад в фототок и рабочее напряжение фотодетектора. Часть лазерного излучения (лучи 11, 12 на фиг.2) проходят сквозь узкозонный слой 3 без поглощения. В настоящем устройстве эти лучи отражаются от серебряного зеркала тыльного контакта 6 (фиг.1) и возвращаются (лучи 14, 15 на фиг.2) в узкозонный слой 3, поглощаются в нем, генерируя электронно-дырочные пары, фототок и напряжение, генерируемые фотодетектором. Часть генерированных лазерным излучением (лучи 13) электронно-дырочных пар могут рекомбинировать с излучением квантов света (лучи 16, фиг.2) с энергией, равной ширине запрещенной зоны узкозонного слоя 3. В результате такой излучательной рекомбинации генерируется изотропное излучение, распространяющееся равновероятно во всех направлениях. Половина этого изотропного излучения (лучи 16) распространяется в тыльном направлении. Значительная часть этих лучей (распространяющихся под углами, большими угла полного внутреннего отражения) отражаются от комбинированного отражателя «диэлектрик + серебро» с коэффициентом отражения 99,8%. Другая половина рекомбинационного излучения, распространяющегося во фронтальном направлении, отражается от лицевой границы фронтального широкозонного слоя 2 с воздухом при величине коэффициента отражения порядка 96%.
Таким образом, в настоящем устройстве обеспечивается снижение оптических потерь прямого лазерного излучения и снижение рекомбинационных потерь, что, в свою очередь, обеспечивает увеличение эффективности и мощности фотодетектора и радиофотонного фотоэлектрического устройства.
Пример. Было изготовлено радиофотонное фотоэлектрическое устройство, включающее оптоволокно с числовой апертурой NA=0,2 и с диаметром 50 мкм и фотодетектор на основе гетероструктуры с узкозонным фотоактивным слоем, выполненным из GaAs, заключенным между слоями p-Al0.2Ga0.8As (фронтальный широкозонный слой) и n-Al0.2Ga0.8As (тыльный широкозонный слой). Гетероструктура была выполнена в виде усеченного конуса с диаметром меньшего основания равным 100 мкм и диаметром большего основания 120 мкм.
Внутренний диаметр фронтального кольцевого контакта составил 70 мкм. Диэлектрический слой (SiO2) толщиной 0,5 мкм был выполнен с диаметром 80 мкм. При лазерном облучении была получена величина КПД=56-58% в диапазоне плотности лазерного излучения 140-370 Вт/см2.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ | 2023 |
|
RU2805290C1 |
ФОТОДЕТЕКТОР ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ | 2023 |
|
RU2806342C1 |
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УЗКОПОЛОСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ | 2023 |
|
RU2802547C1 |
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОПТОВОЛОКОННЫЙ СВЧ МОДУЛЬ | 2023 |
|
RU2817550C1 |
ОПТОВОЛОКОННЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ | 2018 |
|
RU2696355C1 |
МОЩНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СВЧ ФОТОДЕТЕКТОР | 2018 |
|
RU2676228C1 |
ИНФРАКРАСНЫЙ СВЕТОДИОД | 2022 |
|
RU2796327C1 |
ОПТОВОЛОКОННЫЙ ФОТОДЕТЕКТОРНЫЙ МОДУЛЬ | 2024 |
|
RU2825199C1 |
РАДИОФОТОННЫЙ ОПТОВОЛОКОННЫЙ МОДУЛЬ | 2022 |
|
RU2789005C1 |
ОПТОВОЛОКОННЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СВЧ МОДУЛЬ | 2018 |
|
RU2670719C9 |
Радиофотонное фотоэлектрическое устройство включает оптоволокно и фотодетектор лазерного излучения, выполненный на основе полупроводниковой гетероструктуры с узкозонным фотоактивным слоем, заключенным между фронтальным и тыльным широкозонными слоями, выполненными с противоположными р- и n-типами проводимости, гетероструктура выполнена в виде усеченного конуса, в котором фронтальная поверхность гетероструктуры образует меньшее основание усеченного конуса, на тыльной поверхности гетероструктуры нанесен слой диэлектрика с показателем преломления n<1.5, выполненный в виде круга с диаметром меньше диаметра большего тыльного основания усеченного конуса, при этом тыльный контакт фотодетектора выполнен в форме диска с диаметром, равным диаметру большего основания усеченного конуса, причем на фронтальной поверхности диска выполнен кольцеобразный выступ с наружным диаметром, равным диаметру упомянутого диска, с внутренним диаметром, равным диаметру круга диэлектрического слоя, и с высотой выступа, равной толщине слоя диэлектрика, при этом тыльный контакт выполнен из металла, имеющего коэффициент отражения излучения не менее 96%. Технический результат – повышение выходной мощности и эффективности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
1. Радиофотонное фотоэлектрическое устройство, включающее оптоволокно для ввода лазерного излучения и фотодетектор лазерного излучения, выполненный на основе полупроводниковой гетероструктуры с узкозонным фотоактивным слоем, заключенным между фронтальным и тыльным широкозонными слоями, выполненными с противоположными р- и n-типами проводимости, и с омическими контактами к фронтальному и тыльному широкозонным слоям, отличающееся тем, что гетероструктура выполнена в виде усеченного конуса, в котором фронтальная поверхность гетероструктуры образует меньшее основание усеченного конуса, а тыльная поверхность гетероструктуры образует большее основание усеченного конуса, угол ϕ наклона образующей боковой поверхности усеченного конуса к оси конуса установлен равным ϕ=arcsin NA,
где NA - числовая апертура оптоволокна, на тыльной поверхности гетероструктуры нанесен слой диэлектрика с показателем преломления n<1.5, выполненный в виде круга с диаметром d1, установленным равным d1=d2+2H⋅tg(arcsin NA),
где d2 - диаметр оптоволокна, Н - расстояние от торца оптоволокна до тыльной поверхности гетероструктуры,
и с толщиной h2 слоя диэлектрика, установленной в диапазоне λ/2<h2<3λ,
где λ - длина волны детектируемого излучения, фронтальный контакт фотодетектора выполнен в виде кольца, наружный диаметр кольца установлен равным диаметру меньшего основания усеченного конуса, а внутренний диаметр которого установлен превышающим диаметр оптоволокна, при этом тыльный контакт фотодетектора выполнен в форме диска с диаметром, равным диаметру большего основания усеченного конуса, причем на фронтальной поверхности диска выполнен кольцеобразный выступ с наружным диаметром, равным диаметру упомянутого диска, с внутренним диаметром, равным диаметру d1 круга диэлектрического слоя, и с высотой выступа, равной толщине слоя диэлектрика, при этом тыльный контакт выполнен из металла, имеющего коэффициент отражения излучения не менее 96%.
2. Радиофотонное фотоэлектрическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что диэлектрический слой выполнен из SiO2 с показателем преломления n=1,47.
3. Радиофотонное фотоэлектрическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что тыльный контакт фотодетектора выполнен из серебра с коэффициентом отражения 96-97% лазерного излучения.
ОПТОВОЛОКОННЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СВЧ МОДУЛЬ | 2018 |
|
RU2670719C9 |
CN 206117559 U, 19.04.2017 | |||
Радиофотонный оптоволоконный модуль | 2019 |
|
RU2722085C1 |
US 20040033004 A1, 19.02.2004. |
Авторы
Даты
2024-07-18—Публикация
2024-03-06—Подача