李海兰[1]2004年在《固浸透镜在电光检测技术中的应用》文中研究说明近年来发展起来了很多新的测量技术。如光发射取样技术，电子束测量技术,光电导取样技术,电光检测技术等等。测量电信号的检测技术应该同时具有好的时间分辨率、空间分辨率和电压灵敏度。如电光取样技术、连续波电光检测系统等等。电光检测技术是一种以Pockels效应为基础的新型超快检测技术。这种技术将光学、激光技术、电子学、采样技术、弱信号检测技术等有机结合起来，利用超短光脉冲对电子器件内部特性进行无侵扰检测。电光检测技术具有很高的电压灵敏度，通常小于。而电光检测技术的空间分辨率主要由探测光束的最小光斑尺寸决定，对于1.3μm光源的测量系统，其空间分辨率一般为3μm左右。受衍射效应的限制，空间分辨率始终在微米量级。因而无法满足具有亚微米结构的高密度电子器件的测量需要。本论文主要研究固浸透镜技术与电光检测技术相结合，增大聚焦系统的数值孔径，缩小光斑尺寸达到亚微米量级。我们将电光检测技术的空间分辨率定义为：探测光束的聚焦光斑的半极大全宽度直径。半极大全宽度直径可以表示为：。其中，是聚焦系统的数值孔径，θ为聚焦光束的半孔径角,n为物方折射率。λ是探测光束在真空中的波长。根据光斑尺寸的公式可以看出，要想缩小光斑，提高电光检测技术的空间分辨率，可以有两种方法。即减小探测光束的波长和增大聚焦系统的有效数值孔径。在电光检测技术中，如果选用短波长的探测光，就必须选用宽禁带的电光材料，例如KDP、ZnTe、GaP等等。减小入射光波长可以提高空间分辨率，但是探测光波长不能无限短。同时，对于某种材料的电光晶体，必须选择波长大于吸收限波长的探测光，否则将引起本征吸收，损失大量光能量，甚至导致器件损坏。增大聚焦系统的数值孔径，可以通过固浸透镜技术来实现。固浸透镜的基本原理类似于液浸透镜。我们选择半绝缘GaAs材料，制作了超半球型电光固浸探头。GaAs超半球在系统中既作为固浸透镜，又作为电光探头使用。采用超半球型电光固浸探头，我们测量了陶瓷微带线上传输的正弦信
宋彦福[2]2004年在《砷化镓固浸透镜电光检测技术》文中提出由于集成电路朝着更高的频率，更高集成度和进一步的小型化不断发展，所以迫切需要发展一种提供高空间和时间分辨率的灵敏的检测技术,并且可以同时实现频率的分辨率。常规的电检测技术都是利用示波器或者是网络分析仪，但存在着使用范围的限制。尽管示波器和网络分析仪的工作频率已经分别达到了50GHz和110GHz，但是对于许多内部检测，他们就要受到需要装备特殊的机械探针及其形状大小，还有大的寄生阻抗的限制。电子束检测技术是一种非接触的检测技术，这项技术的空间分辨率达到了亚微米，它是大规模集成电路（IC）检测技术的第一个选择。电子束脉冲作为取样门，持续时间在数量级上达到了飞秒的上百倍，但是它的测量带宽却受到了二次电子传输时间效应的限制，因此它的测量带宽大约为24GHz。因此这项检测技术对于单片微波集成电路（MMICs），以III-V族半导体材料为衬底的工作频率达到210GHz的超高速电路和硅基工作频率为93 GHz的电路就不再适用了。外部电光检测技术和内部电光检测技术具有高电压灵敏度，高空间分辨率和高时间分辨率的优点，因而被认为是一种具有前景的技术。这两种检测技术都是利用了电光材料内部的场致双折射效应。电光检测技术基于普克尔斯（pockels）效应，也就是在没有反演对称中心的晶体中，由于电场的作用，会导致光的性质发生变化.一束激光在通过没有反演对称中心的晶体时它的偏振态会发生变化。这个偏振态的变化可以利用普克尔斯（pockels）效应对激光束的强度进行调制。内部电光检测技术不适合测量以III-V族半导体材料为衬底的器件、电路和衬底内部的电场。外部电光检测技术利用由电光材料制备的探针，从而可以测量器件和电路上方的电场。这就为测量以III-V族材料为衬底和硅基电路提供了可能。在外部电光检测情形中，由电光晶体制成的电光探针浸没在探测点上方的电泄露场中，激光束聚焦到探针上并且被中心电极或者地电极反射回来。在背面线结构内部电光检测技术中，激光束从背面进入单片微波集成电路（MMICs），然后被电极反射回来。在电路上方电光晶体内部的电场
刘秀环[3]2007年在《半球形双光子响应GaAs探测器研究与Si探测器设计》文中研究指明首次将固浸透镜技术与双光子响应探测器的研究相结合,制作了半球形半绝缘GaAs探测器。在1.3μm连续激光的作用下,探测器的响应度在2 mA/W以上(25V偏压);与同种材料的块状GaAs探测器相比, GaAs半球作为固浸透镜使探测器的响应度提高了5倍左右;探测器的光电流随入射光功率的变化满足二次关系;光电流随基频光偏振方向的变化关系很好地符合GaAs单晶倍频吸收理论;光电流随偏置电压的变化满足非线性关系,并且光电流不随偏置电压的增加而饱和。这些研究结果证明倍频吸收是半球形GaAs探测器工作的主要物理机制。理论研究了硅材料分别在[111]、[110]以及[001]方向电场的作用下,等效二阶极化率张量分别与C_(3v)、C_(2v)以及C_(4v)点群晶体的二阶极化率张量具有相同的形式;提出了外加电场沿任意方向时硅的场致等效二阶极化率张量的研究方法。在此基础上研究了硅晶体的场致倍频效应的各向异性。设计并研制了半球形硅固浸透镜,并为进一步研制成半球形硅双光子响应探测器以及研究探测器的双光子响应特性提出了研究方案。
徐学明[4]2010年在《固体浸没透镜在荧光显微镜中的应用研究》文中进行了进一步梳理荧光显微技术是当今生物医学、分析化学、表面物理、材料学等领域主要的科研手段之一。随着科学研究不断地向微纳米量级深入发展,对荧光显微镜的空间分辨力也提出了越来越高的要求。荧光显微镜具有灵敏度和信噪比高、特异性强等优点。但是由于受到衍射极限的限制,荧光显微镜的分辨力被局限在λ/2。为了使荧光显微镜应用于微纳米量级的研究,必须进一步提高它的分辨力。通常某些物质的荧光比较微弱,以至于探测器无法分辨,因此提高荧光显微镜的荧光采集效率也是非常必要的。固浸透镜不仅可以提高荧光显微镜的分辨力和放大倍数,而且可以提高它的荧光采集效率。同时,固浸透镜具有加工简单、使用方便、环境适用性强等优点。本论文深入研究了固浸透镜在荧光显微镜中的应用,这为将来把固浸透镜引入单分子跟踪研究领域提供了依据。本论文的主要内容包括:1.介绍了荧光显微镜和固浸透镜的原理、分类及应用,分析了固浸透镜在荧光显微镜中应用的优缺点,并进一步提出了本论文的研究意义及主要工作。2.从理论上分析了叁种固浸透镜在荧光显微镜中应用对分辨力、荧光采集效率及放大倍数的影响。3.设计了适合荧光显微镜的半球型和超半球型固浸透镜,并论述了其加工方法。4.评价了固浸透镜的表面粗糙度,以及它们应用到荧光显微镜中的效果。研究表明半球型固浸透镜和Weierstrass超半球型固浸透镜分别可以使荧光采集效率提高2.54倍和5.5倍,分别可以使放大倍数提高2.06倍和7.9倍,两种固浸透镜都可以提高分辨力。5.分析了不同半径和厚度及底面是否镀膜的固浸透镜对分辨力、荧光采集效率和放大倍数的影响,研究表明半径变大,荧光采集效率降低,分辨力保持不变;厚度变大,荧光采集效率、分辨力和放大倍数相应变大,但是厚度超过Weierstrass超半球厚度后,荧光采集效率和分辨力都开始逐渐降低;镀膜可以提高荧光采集效率,但不影响分辨力和放大倍数。6.对课题内容进行了总结,对今后的工作进行了展望。
李明利[5]2016年在《砷化镓双光子响应探测器特性研究及其电极优化》文中指出在电光取样技术和高速光通信系统中,对1.31μm和1.55μm这两个重要波长的超短激光脉冲测量变得越来越重要。而砷化镓的双光子响应波长范围恰好覆盖了这两个重要波长,因此,研究砷化镓双光子响应探测器具有实际意义。但是,目前存在该探测器工作的主要物理机制尚不明确,探测器的响应度仍需进一步提高的问题。基于上述问题,本论文展开了如下研究工作:为了探究砷化镓双光子响应探测器工作的主要物理机制,我们实际制作了底面为(001)面,半径为3mm的半球形砷化镓探测器,并研究了探测器的双光子响应特性。在1.55μm连续波激光的作用下,探测器中产生的光电流与入射光光功率成二次方关系;光电流随外加偏压的增加未出现饱和现象而是也呈现二次非线性依赖关系;光电流随基频光偏振方向的变化关系与场致光整流效应的理论结果相一致。这些研究结果表明倍频吸收是砷化镓双光子响应光电探测器工作的主要物理机制。同时,基于光电流与外加偏压成二次关系和光电流的各向异性研究结果,可得场致倍频吸收在砷化镓探测器发生的双光子响应过程中也扮演了重要的角色。此外,实验结果还表明,由于半导体砷化镓材料表面电场的存在,使得半球底面中心处的电极接电源负极比接正极时的光电流更大,而暗电流更小,因而获得较大的光/暗电流之比。另外,在相同条件下(相同光照和相同偏压下),针-弧形电极结构探测器中产生的光电流大于同心圆形-环形电极结构的情况。由此可见,有源区的电场分布及电场强度将对探测器的响应度产生影响。为了提高砷化镓双光子响应探测器的响应度,我们在已优化的砷化镓半球形光学结构基础上,又进一步优化了电极结构,分别设计了叉指和针尖组两种电极结构。基于ANSYS有限元分析软件对这两种电极结构制作在半球形砷化镓样品上时将产生的电场分布进行了模拟仿真。仿真结果表明,随着叉指电极指间距的不断减小,针尖组电极尖端个数的不断增多,有源区的电场强度逐渐增强;而且在相同偏压下,针尖组电极要优于叉指电极。我们利用蒸发和光刻技术,在片状砷化镓样品上制作了所设计的不同尺寸的电极结构,并研究了不同电极结构下探测器的光响应特性。在1.55μm连续波激光的作用下,对于叉指电极,综合光电流与光/暗电流之比随外加偏压的变化情况,得出指间距为30μm时更优;对于针尖组电极,随着电极尖端个数的增多,探测器中光电流与光/暗电流之比特性不断改善,这与仿真结果基本一致。期望在半球形砷化镓样品上制作出优良的针尖组电极结构,结合优化光学和电学结构,进而提高探测器的响应度。
李一[6]2014年在《GaAs光电探测器电极设计及非线性光响应特性研究》文中指出在电光取样技术和高速光通信系统中，对1.31μm和1.55μm波长的超短激光脉冲的测量日益显得重要。而砷化镓（GaAs）晶体是光电子学领域重要的半导体材料，其禁带宽度为1.43ev，对应的双光子响应的波长范围是0.88-1.73μm，正好覆盖了高速光电子学以及光通信领域里常用的1.31μm和1.55μm这两个重要的波长。所以GaAs双光子响应探测器将在光电子学和光通信领域发挥重要作用。本文阐述了双光子响应中的双光子吸收、倍频吸收和场致倍频吸收理论。设计了基于GaAs材料的探测器的电极结构，通过ANSYS有限元软件对不同电极结构的静电场进行了模拟，初步建立了电场分布模型，清楚地看出电场的分布情况，模拟结果显示针状电极在双光子响应敏感区将产生最强电场。而场致倍频吸收强烈依赖于直流电场，因此这将有利于我们开展实验研究工作。在表面电场的作用下，GaAs晶体表面的对称性被破坏了，通过理论分析，我们得出了GaAs晶体二阶非线性极化率张量的改变，其对称性由43m点群降为mm2点群。研究了两种铝电极结构的掺铬的半绝缘GaAs探测器在1.56μm激光照射下非线性响应特性。在外加偏压一定时，测得光电流随入射光功率呈二次方关系；当光功率一定时，测得的光电流随外加偏压变化也呈二次方关系。这说明探测器的光电流产生机理主要是GaAs样品对1.56μm的光产生了倍频吸收。对实验结果进行深入的理论分析表明，由表面电场和外加直流电场而诱导的场致倍频吸对GaAs固有的倍频吸收有很大影响。另外，在外加偏压一定的条件下，样品的非线性光响应敏感区的电极在不同极性的偏压下，探测器光电流大小的变化规律和暗电流大小的变化规律正好相反。具体来说，对于半球形GaAs样品而言，在大小相同的偏压下，当中心电极加负偏压时，样品底面中心附近的外加电场的方向和样品表面电场方向相同，造成耗尽层变宽，耗尽层中的电场增强，此时样品的等效电阻变大，光电流变大而暗电流变小。反之，当中心电极加正偏压时，外加电场的方向和样品表面电场方向相反，造成耗尽层变窄，耗尽层中的电场减弱，此时样品的等效电阻变小，光电流变小暗电流变大。我们从表面能带弯曲和表面电场理论完美地解释上述实验研究结果。
参考文献：
[1]. 固浸透镜在电光检测技术中的应用[D]. 李海兰. 吉林大学. 2004
[2]. 砷化镓固浸透镜电光检测技术[D]. 宋彦福. 吉林大学. 2004
[3]. 半球形双光子响应GaAs探测器研究与Si探测器设计[D]. 刘秀环. 吉林大学. 2007
[4]. 固体浸没透镜在荧光显微镜中的应用研究[D]. 徐学明. 天津大学. 2010
[5]. 砷化镓双光子响应探测器特性研究及其电极优化[D]. 李明利. 吉林大学. 2016
[6]. GaAs光电探测器电极设计及非线性光响应特性研究[D]. 李一. 吉林大学. 2014
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