MUTC-PDs de acoplamiento de guía de onda de alta potencia para generación de microondas de bajo ruido de fase

Área de la Ciencia:

• Optoelectrónica
• Dispositivos Semiconductores
• Fotónica

Sus antecedentes:

• Los fotodetectores (PD) enfrentan compensaciones entre velocidad, eficiencia y potencia de salida.
• Los fotodiodos de portadores unitarios (UTC-PD) ofrecen un rendimiento mejorado de velocidad-potencia, pero pueden estar limitados por la eficiencia de acoplamiento y la saturación.

Objetivo del estudio:

• Demostrar fotodiodos de portadores unitarios modificados de guía de onda de acoplamiento evanescente (WG-MUTC-PD) con potencia de salida mejorada y superar las limitaciones tradicionales de los PD.
• Optimizar las estructuras de los dispositivos para maximizar el manejo de potencia, el ancho de banda y la responsividad.

Principales métodos:

• Se investigó una capa de acantilado con dopaje optimizado para el manejo de potencia y el ancho de banda de tiempo de tránsito.
• Se diseñó una capa de guía de onda con índice de refracción optimizado para un acoplamiento evanescente eficiente.
• Se utilizó simulación colaborativa optoelectrónica para analizar el comportamiento de los portadores y las características de saturación.
• Se fabricaron y caracterizaron los WG-MUTC-PD para determinar el ancho de banda, la responsividad, la potencia de RF, la conversión AM-PM y el ruido de fase.

Principales resultados:

• Se logró un ancho de banda de 3 dB de 147 GHz.
• Se obtuvo una responsividad externa de 0.492 A/W.
• Se demostró una potencia de RF saturada de 3.09 dBm a 100 GHz.
• Se mantuvieron coeficientes de conversión de amplitud a fase (AM-PM) bajos (<1 grado) en un rango de fotocorriente de 1-11 mA.
• Se evaluó el ruido de fase residual en un sistema de generación de microondas basado en fotónica.

Conclusiones:

• La estructura WG-MUTC-PD propuesta supera eficazmente las compensaciones tradicionales de velocidad-eficiencia-potencia en los fotodetectores.
• El diseño optimizado permite una alta potencia de salida de RF y una responsividad externa máxima de óptico a eléctrico.
• Este trabajo presenta un avance significativo para los sistemas de generación de microondas basados en fotónica.