高效低噪声光电探测器的新设计范式
应用物理
2024-07-25 v1 光学
量子物理
摘要
实现高量子效率(QE)和低暗计数对于高灵敏度光电探测器(PD)，包括单光子雪崩探测器(SPAD)至关重要。然而，高量子效率需要更厚的吸收区，这会导致高暗电流和噪声，进而影响光电探测器的探测率以及SPAD的光子探测效率和暗计数。光电探测器和雪崩光电二极管设计的圣杯是在最薄的吸收体上实现最高的量子效率，同时仍能根据需要实现大的雪崩增益。我们开发了一种新的设计范式，利用介电米氏共振与薄层中横向传播波之间的耦合。米氏共振将入射光以一定角度发射到超薄吸收体中，当与横向波耦合时，光横向传播，并由于更长的光路而被完全吸收。因此，通过为选定波长选择合适的材料，可以在通常<100 nm的吸收体厚度内实现高吸收率(~90%)。为了说明，我们将我们的方法应用于设计工作在810 nm的硅基探测器和工作在1550 nm的InGaAs基探测器，并预测室温下的暗电流至少降低两个数量级。此外，横向距离通常在几微米量级，因此这些设计有可能为实现大光学增益的雪崩提供条件。
引用
@article{arxiv.2407.16830,
title = {New design paradigm for highly efficient and low noise photodetector},
author = {Sagar Chowdhury and Rituraj and Srini Krishnamurthy and Vidya Praveen Bhallamudi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.16830},
year = {2024}
}
备注
6 figures