Przykłady zastosowania RCE

Wyk. ilek

Co to jest Wnęka Rezonansowa?

• Wnęka Rezonansowa - zwykle zamknięta (lub prawie zamknięta) komora z metalu o dobrym przewodnictwie (najczęściej miedź, często posrebrzona), aby zmniejszyć straty energii.

Wnęka rezonansowa dla studenta WEMiF-u

• RCE - czyli struktura z rezonansowym wzmocnieniem wnękowym

• zamiast pełnego pudła jak to ma miejsce w generatorach mikrofalowych są dwie ścianki, które są lustrami dielektrycznymi, z uwagi na to że metalowe dawałyby zbyt duże straty.

Struktura RCE

• Jednowymiarowa, planarna wnęka półprzewodnikowa składa się z rezonatora Fabry-Perot_a umieszczonego pomiędzy dielektrycznymi zwierciadłami Braggowskimi(DBR).

• Wnęka rezonansowa powinna mieć długość równą

całkowitej wielokrotności połowy długości fali w danym ośrodku λ=k(λ/2). W przyrządach RCEnastępuje zwiększenie efektywności kwantowejzwiązania z rezonansem dla określonej długości fali.

• Parametr k powinien być mały (k=1, 2, 3, 4, 5…).

Przykładowa budowa RCE

Model of a RCE photodetector.

Przyrządy RCE

Źródła światła:• -RCE LED• -Laser typu VCSEL

Detektory:• -Diody Schottky’ego• -Diody p-i-n RCE• -Diody APD• -Detektory MSM• -Detektory na strukturze VCSEL

RC LED – diody z mikrownęką rezonansową

Zalety:

● mniejsza szerokość połówkowa widma

● zwiększona intensywność światła

● bardziej kierunkowa charakterystyka

emitowanego światła

RC LED – diody z mikrownęką rezonansową

Lasery typu VCSEL

● łatwiejsze sprzęganie z światłowodami

● mniejszy prąd progowy

● zmniejszenie obszaru czynnego

VCSEL cd.

VCSEL cd.. Labolatorium SANDIA

LED vs VCSEL

Parametr LED VCSELREKOMBINACJA

PROMIENISTAemisja spontaniczna emisja wymuszona

FAZA CZĄSTEK niekoherentne koherentne (w t i x)

POLARYZACJA przypadkowa linearna

CZAS WZBUDZENIA 1 – 100ns < 1 – 100ns

MOC WYJŚCIOWA 10 – 50 uW 1 – 1000mW

MODULACJA 3 – 350MHz > 350MHz

WPŁYW TEMP. Zwiększa dł. fali o 0.6nm/’C

Zwiększa dł. fali o 0.25nm/’C

DETEKTORY

• -Diody Schottky’ego• -Diody p-i-n RCE• -Diody APD• -Detektory MSM• -Detektory na strukturze VCSEL

Diody Schottky'ego RCE

• Ze względu na cienki obszar czynny takiego detektora, może on pracować przy bardzo dużej częstotliwości sygnału >100GHz

• Wadą tego rozwiązania jest niska sprawność kwantowa diody

fotodioda PIN RCE

• Diody te osiągają dużo większesprawności kwantowe od diodSchottky'ego lecz nie pracują przy takdużych częstotliwościach

• Częstotliwość pracy tych diod sięga20GHz

fotodioda PIN RCE - Konstrukcja

Charakterystyki spektralne diod PIN wykonanych z różnych materiałów półprzewodnikowych

Diody APD

• Bazują na efekcie powielania lawinowego w obszarze czynnym pod wpływem pola elektrycznego

Charakterystyki spektralne diod lawinowych (APD) wykonanych z różnych materiałów półprzewodnikowych

Detektory MSM

• Działają podobnie jak diody lecz ich implementacja jest planarna

• Elektrody palczaste to warstwa metaliczna

• O max. częstotliwości pracy

decyduje m.in.odległość pomiędzy „palcami”

MSM - przykłady

Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych - wawa

projekt detektora MSM Sposób montażu detektora w oprawce mikrofalowej

Detektory na strukturze VCSEL

• Od lasera różni się mniejszą ilością warstw górnego zwierciadła.

Detektory na strukturze VCSEL

● duża sprawność kwantowa

Zalety przyrządów RCE

• zmniejszenie grubości obszaru czynnego• wzrost sprawności kwantowej• wzrost szybkości działania• znaczne zwiększenie selektywności• wzrost kierunkowości emisji• w szerokim zakresie niezależność

szerokości• połówkowej widma od napięcia

polaryzacji

Wady

• Duży koszt produkcji detektorów RCE• Wytwarzanie luster wymaga dużej

precyzji

Bibliografia

• APPLIED PHYSlCS REVIEWS, Resonant cavity enhanced photonic devices,

• Applied Physics Reviews, 01.03.1995 RCE photonic devices,

• Applied Physics Letters, Vol. 75 number 18 1999GaUnNAs resonant-cavity-enhanced photodetector operating at 1.3 μm,

• Diploma project winter 2002/2003, Bjorn Poell, Boston University Electronic Interface For RCE-based Optical Wavelenght Detector,

• http://www.invocom.et.put.poznan.pl/~invocom/C/P1-9/swiatlowody_pl/p1-1_6_6.html

• http://www.ifpan.edu.pl/grant_spr/sprawozd1.html

• http://www.siecioptyczne.pl/artykuly/lasery-vcsel-podstawowe-informacje