一種新型諧振腔增強型光電探測器的性能分析

式(6)右側(cè)大括號內(nèi)的參數(shù)代表了腔的量子效率增強效應(yīng)。當(dāng)R2=0時該增強因子為l，此時式(6)給出的是傳統(tǒng)探測器的量子效率。圖2顯示了η對波長的依賴關(guān)系。三條曲線分別對應(yīng)于頂鏡反射率R1為0.9，0.3和0.05時的情況(其中實線為-0.9，點線為-0.3，段線為-0.05)，其余參數(shù)設(shè)定為底鏡反射率R2=0．9，αd=O．1，L=2μm。η周期性地在諧振波長處，即2βL+ψ1+ψ2=2mπ(m=l，2，3…)得到增強。

圖2中的平直虛線即代表在相同有源層厚度(ad=0．1)情況下傳統(tǒng)光探測器所能達(dá)到的量子效率，兩種探測器的對比是很明顯的。傳統(tǒng)光探測器在很寬的波長范圍內(nèi)具有基本恒定的量子效率，最大量子效率也不超過0．1，而RCE型光探測器可以通過設(shè)計在特定波長處獲得極大增強的量子效率。這就是諧振腔對量子效率的增強作用。
RCE器件的量子效率最大值條件為：，恰當(dāng)?shù)剡x擇器件參數(shù)可以使RCE PD的量子效率達(dá)到近乎100％的理論值。

2 RCE器件的駐波效應(yīng)分析
對于兩個相向傳播的光波方程式(2)和式(3)，它們相互疊加形成的駐波將會在腔內(nèi)形成光場強度的周期性空間分布，器件量子效率由于受到光場強度分布的影響，將是有源層在光場中位置的函數(shù)，稱為駐波效應(yīng)(Standing Wave Effect，SWE)。正是SWE的存在使得RCE器件具有波長選擇性和諧振波長處的增強效應(yīng)。
駐波效應(yīng)在量子效率公式中可以方便表示為有效吸收系數(shù)αeff=SWE?α，它隨有源層位置的不同而表現(xiàn)為增強或減弱效應(yīng)。

假設(shè)吸收區(qū)之外的吸收系數(shù)可忽略，而吸收區(qū)的吸收系數(shù)為常數(shù)，則：

腔內(nèi)駐波的前向分量(Ef)與后向分量(Eb)由式(2)和式(3)給出，總電場E及其強度為：