[00115644]可见光通信中的高性能蓝光探测器研制

通过结构优化设计仿真实现了一种响应度为0.34A/W,响应时间小于100ps,对430-480nm蓝光段响应良好,暗电流为10pA的高速硅基蓝光探测器的设计,采用MBE进行高纯硅衬底上的高质量、高阻单晶材料的生长,优化硅单晶片的生长工艺并对硅单晶片进行离子注入,采用标准MEMS工艺实现探测器的制备,获得所设计的蓝光探测器,其在450nm蓝光波段处的响应度为0.3A/W,量子效率为90%。通过仿真研究优化了滤波窗口的蓝光带通性能,对探测器的多层膜结构的厚度进行了调整,实现了430nm到470nm波长之内的光透过率在0.8以上,阻带的光透率基本为0,通带阻带间过渡带收窄的设计需求。研究采用波长转化材料以提高硅基光电二极管探测器蓝光及近紫外光波段灵敏度和响应度,设计了一种硅胶混合红色荧光粉。该荧光粉涂覆在硅基PIN光电二极管探测窗口上,能有效提升光电二极管对蓝光的响应度、灵敏度,并且对硅基光电二极管频率响应带宽的影响并不显著。后续研究拟通过优化红色荧光胶层的形状和胶层荧光粉的浓度,针对具体应用场景优化探测器的外部量子效率及响应灵敏度,此外,荧光胶层也起着扩散层的作用,可以显著提高探测器的光接收视场角。分析硅基蓝光探测器的噪声模型,发现在信号强度弱的时候,噪声随信号强度变化较小,主要为热噪声和暗电流的散粒噪声;当信号强度增强之后,光电流的散粒噪声开始起主导作用,噪声方差随信号强度增大,近似线性。提出了一种探测器阵列封装的新方法：利用光纤团簇构成大增益宽视场角的光学接收天线,采用粗波分复用光纤阵列探测器的结构,单芯片蓝光探测器采用适合光纤阵列探测器的TO-CAN封装,实现了带宽可达500MHz的2×2蓝光探测器阵列的研制。 对所研制的蓝光探测器阵列用在白光激光-蓝光探测器可见光通信链路中作了应用测试,结果表明蓝光探测器能有效滤除白光中低频黄光的干扰,可以满足500Mbps通信的要求。最后,基于2x2接收探测器阵列的LED发射和接收模块进行了研究,完成了发射端OFDM调制以及发射机的设计,完成了可见光通信系统的搭建,实现了可见光通信数据的实时传输,本项目实验系统可进行1m和3m传输距离下高清视频的传输,1m距离下数据传输速度达496Mbps,3m距离下的传输速度为310Mbps。