实验制备了级联倍增InAlAs/InAlGaAs雪崩光电二极管, 对二极管暗电流随台面直径和温度的变化进行了研究分析。结合暗电流函数模型, 利用Matlab软件对暗电流的各成分进行了数值计算, 并仿真研究了芯片结构的缺陷浓度Nt和表面复合速率S对暗电流的影响。结果表明, 二极管暗电流主要来自于体暗电流, 而非表面漏电流。在工作点偏压90V处, 受缺陷影响的缺陷辅助隧穿电流Itat在暗电流中占据了主导, 并推算出了芯片结构的缺陷浓度Nt约为1019m-3、吸收区中的缺陷浓度NInGaAs约为7×1015m-3。由于芯片结构的缺陷主要来源于InAlAs/InAlGaAs倍增区和InGaAs吸收区, 而吸收区缺陷占比很少, 因此认为缺陷主要来自于异质结InAlAs/InAlGaAs倍增区。

基于弛豫空间倍增理论数值模型和修正的弛豫空间倍增理论模型，分析了不同倍增级数和不同载流子初始能量时级联倍增雪崩探测器的过剩噪声.研究了不同碰撞离化倍增层厚度、不同电子预加热层厚度、不同电场控制层掺杂浓度对过剩噪声因子的影响.同时，比较了DSMT模型、Van Vilet模型和McIntyre模型得到的结果.通过调整碰撞离化倍增层厚度、电子预加热层厚度和电场控制层掺杂浓度，DSMT数值模拟获得了一个相对优化的结构，其过剩噪声与Van Vliet模型ks=0.057时相当.

通过理论计算和对比实验研究了InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管中InP顶层掺杂浓度对于器件性能的影响.理论结果显示, InP顶层的掺杂浓度越低越有利于抑制边缘击穿, 降低隧穿暗载流子产生速率, 提高雪崩击穿几率.实验结果显示, 顶层非故意掺杂的器件在223 K下获得了20%的单光子探测效率和1 kHz的暗计数率, 其单光子探测效率比顶层掺杂浓度为5×1015 /cm3的器件高3%～8%, 而暗计数率低一个量级.结果表明, 降低InP顶层的掺杂浓度有利于提高器件性能.

近十年来, 由于盖革模式APD焦平面探测器在探测灵敏度、空间分辨率和距离分辨率等方面的优势, 使得面阵APD激光主动成像技术成为国际上的研究热点。考虑到大气传输特性, InGaAs材料或者HgCdTe材料的面阵APD探测器成为研制首选。在国内自研InGaAs材料的32×32像元Gm-APD基础上, 搭建了一套1 570 nm激光主动成像实验平台, 在成像帧频1 kHz、单脉冲能量2 mJ条件下, 获得了外场3.9 km目标的轮廓像, 在720 m处能获得目标的清晰表面结构距离像。通过该外场实验, 证实了国内自研的面阵Gm-APD探测器性能良好, 能够演示外场激光主动成像功能。实验结果表明, 1 570 nm面阵APD激光成像雷达成像性能良好, 能够实现远距离目标遥感探测, 为未来实际应用奠定了良好的研究基础。

InGaAs焦平面阵列探测器是短波红外(SWIR)窗口获取目标信息的主流成像器件,具有灵敏度高、可室温工作的典型技术特征,作为一类重要的军民两用技术,在**装备、安全防范、工业检测和空天遥感等领域需求明确,应用前景广阔。文章简述了短波红外InGaAs焦平面探测器的技术进展与主要应用概况,并对该技术的发展前景进行了展望。

基于吸收区倍增区分置(SAM)结构研制了一种用于单光子探测的平面型InGaAs/InP盖革模式雪崩光电二极管(APD).着重讨论了边缘击穿抑制效果对器件暗计数率、单光子探测效率,以及后脉冲概率等主要盖革模式性能参数的影响,并对其原因进行了探讨与分析.研究结果表明,有效抑制边缘击穿是获得高性能InGaAs/InP平面型盖革模式雪崩光电二极管的关键因素之一,受边缘击穿抑制效果影响,探测效率随过偏压增速缓慢,而当过偏压达到一定值时,暗计数率与后脉冲概率成倍增加.

设计制作了一种由InGaAs/InP雪崩光电二极管阵列与时间计数型CMOS读出电路组成的8×8阵列规格盖革模式雪崩焦平面阵列(GM APD FPA).雪崩光电二极管采用SAGCM结构,在盖革模式下工作具有单光子探测灵敏度;时间计数型CMOS读出电路在每个单元获取光子飞行时间,实现纳秒级的时间分辨率,并完成雪崩淬灭功能.测试结果表明,倒装混合集成的GM APD FPA器件暗计数率(DCR)均值为32.5kHz,单光子探测效率(PDE)均值为19.5%,单元时间抖动为465ps,实现了光脉冲时间信息的探测,验证了盖革模式雪崩焦平面阵列技术及其在三维成像中应用的可行性.

从InP基稀释光波导的基本模型出发，利用有限差分波束传播（FD-BPM）算法，推导了InP基稀释光波导的有效折射率，对其进行了数值计算；根据光传输损耗方程，分析了稀释波导传输损耗产生的原因；对稀释光波导中TE/TM模式传输进行了详细的数值分析和模拟计算，并分析了其模场分布曲线。