表面等离激元光学微腔型InGaAs/InP单光子探测器的光学传输和光电耦合机理研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:61405231
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:F0502.光子与光电子器件
- 结题年份:2017
- 批准年份:2014
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2015-01-01 至2017-12-31
- 项目参与者:甄红楼; 温洁; 曾巧玉; 廖开升; 李梁;
- 关键词:
项目摘要
Single photon detectors play an important role in the development of quantum information technology. Dark count rate is the basic parameter for a single photon diode. InGaAs/InP single photon avalanche photodiodes(APDs) suffer from dark count rates that are higher than for the commercial Si counterparts. The devices' dark count rates are directly related to the dark current , which reduces with the reduction of the area. This project presents a novel InGaAs/InP single photon APD integrated with a plasmonic optical microcavity, which includes concentric circular metallic artificial structure layer, dielectric layer and metallic artificial structure layer(MIM). Based on the coupling of surface plasmon polaritions, light with specific wavelength is efficiently collected and converged on the InGaAs/InP avalanche diode. As a result, ultra low dark current could be realized through reducing the device's area to the order of micrometers , while retaining the optical responses. The novel InGaAs/InP single photon APD could effectively overcome the drawback of high dark count rates that originated from material defects, and greatly improve single photon detection performances.
单光子探测器的性能对未来量子信息技术的发展有着极其重要的作用。暗计数是单光子探测器最基本的指标。相对于成熟的硅基单光子探测器,近红外波段的InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)单光子探测器的技术瓶颈在于暗计数较高。反映暗计数的直接指标就是器件的暗电流,减小器件的结面积是有效减小暗电流的途径之一。本项目提出一种新型的表面等离激元光学微腔型InGaAs/InP APD单光子探测器,通过在InGaAs/InP APD器件上集成一种同心圆环形的金属人工结构-介质层-金属人工结构(MIM)的光学微腔结构,基于金属表面等离激元的耦合效应,实现对特定波长的光的汇聚增透作用,从而在保持器件光响应的前提下,通过减小APD器件的有效工作尺寸至微米量级来实现极低的暗电流。这种InGaAs/InP APD单光子探测器能够有效克服器件材料缺陷所导致的器件暗计数大这一缺点,从而显著提高其单光子探测水平。
结项摘要
单光子探测器的性能对未来量子信息技术的发展有着极其重要的作用。暗计数是单光子探测器最基本的指标。相对于成熟的硅基单光子探测器,近红外波段的InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)单光子探测器的技术瓶颈在于暗计数较高。反映暗计数的直接指标就是器件的暗电流,减小器件的结面积是有效减小暗电流的途径之一。本项目提出一种新型的表面等离激元光学微腔型InGaAs/InP APD单光子探测器,通过在InGaAs/InP APD器件上集成一种同心圆环形的金属人工结构-介质层-金属人工结构(MIM)的光学微腔结构,基于金属表面等离激元的耦合效应,实现对特定波长的光的汇聚增透作用,从而在保持器件光响应的前提下,通过减小APD器件的有效工作尺寸至微米量级来实现极低的暗电流。理论上,实现了MIM表面等离激元光学微腔的结构优化设计,确立真实情况下各物理参数的实际敏感度。针对MIM表面等离激元光学微腔APD器件,实现了符合实际结构和实际材料参数的光波传输和光电转换的物理模型设计,获得了优化的器件参数。实验上,实现了MIM光学微腔型APD原型器件。APD的光敏面直径为5μm,MIM光学微腔的实际入光面直径为33μm。集成MIM光学微腔的APD器件光学响应与30μm尺度APD器件相当,90%击穿电压下暗电流约为2.5×10^-11A(同样工艺条件下30μmAPD器件暗电流约2e-9A水平),暗电流降低80倍,且这一暗电流水平已经优于此类器件的国际先进水平(4×10^-10A)。本项目的研究表明,等离激元光学微腔与APD器件的集成,是一种极为有效的光电联合调控手段。在保证器件光响应的前提下,将APD器件的有效工作尺寸减小至μm量级,实现了极低的暗电流,有效克服器件材料缺陷对器件性能的影响,将能进一步提高单光子探测性能,突破现有InP基APD单光子探测器的性能极限,使其在量子通信、激光三维成像等系统中得到广泛应用。
项目成果
期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(1)
InN0.01Sb0.99薄膜的红外反射光谱及探测特性和退火的影响
- DOI:--
- 发表时间:2015
- 期刊:红外与毫米波学报
- 影响因子:--
- 作者:黄亮;景友亮;刘希辉;李倩;陈平平;李志锋
- 通讯作者:李志锋
Origin of large dark current increase in InGaAs/InP avalanche photodiode
InGaAs/InP雪崩光电二极管暗电流大幅增加的根源
- DOI:10.1063/1.4999646
- 发表时间:2018-04
- 期刊:Journal of Applied Physics
- 影响因子:3.2
- 作者:温洁;王文娟;陈锡仁;李宁;陈效双;陆卫
- 通讯作者:陆卫
Plasmonic optical convergence microcavity based on the metal-insulator-metal microstructure
基于金属-绝缘体-金属微结构的等离激元光学会聚微腔
- DOI:10.1063/1.4984921
- 发表时间:2017-06
- 期刊:APPLIED PHYSICS LETTERS
- 影响因子:4
- 作者:J. Wen;W. J. Wang;N. Li;Z. F. Li;W. Lu
- 通讯作者:W. Lu
Angular dependence of optical modes in metal-insulator-metal coupled quantum well infrared photodetector
金属-绝缘体-金属耦合量子阱红外光电探测器中光学模式的角度依赖性
- DOI:10.1063/1.4947036
- 发表时间:2016-04-01
- 期刊:AIP ADVANCES
- 影响因子:1.6
- 作者:Jing, YouLiang;Li, ZhiFeng;Lu, Wei
- 通讯作者:Lu, Wei
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- 作者:王文娟;玉米提·哈力克;塔依尔江·艾山
- 通讯作者:塔依尔江·艾山
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