紅外雪崩光電二極管 優化光量子信息系統

編譯/高晟鈞

紅外輻射(Infrared Radiation),又被稱為熱輻射,是電磁波輻射光譜中,介於可見光與微波間(780nm至1mm)的區域。

紅外輻射(Infrared Radiation),又被稱為熱輻射,是電磁波輻射光譜中,介於可見光與微波間(780nm至1mm)的區域。(圖/123RF)

雪崩倍增效應

雪崩倍增效應可以用於檢測低功率光信號,甚至放大不同波長的單光子。軍隊、太空所使用的遠程先進雷達與武器系統,必須在各種大氣條件下(會被像是CO、CO2、水蒸氣等氣體吸收,並導致光學系統效能衰退)檢測、識別和跟蹤各種目標。

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雪崩光電二極管(APD)

當輸出信號受抑制時,需要額外的放大器和系統來正確檢測信號。而雪崩光電二極管同時具備高帶寬(BW)、增益(M)、低過量噪聲等特性,十分適合檢測受抑制的光信號。其中就包括了像是自由空間光通信、夜視、光探測(LIDAR)和軍事等方面的應用。

APD的優化策略

改善低過量噪聲、高帶寬等性能,一直是APD進步的關鍵目標。這種性能的轉變,顯示了向光量子通信應用的趨勢,例如量子密鑰分發。

壓制低過量噪聲的方法大致可分為3種:選擇有利倍增效應的材料、縮放雪崩層以使用乘法效應的非局部效應、利用正確設計的異質結的碰撞電離工程。

二維材料的潛力

二維層狀材料何凡德瓦爾異質結構都是增強雪崩倍增效應的優秀材料。這些材料由於薄原子性質而表現出的低吸收率,進而導致載流子倍增的衝突電離現象,是製造具有高檢測效率的二維光電探測器的一種有前途的方法。

研究以低臨界電場為特徵的雪崩倍增創新材料對於實現高效節能的電/光電器件具有重要意義。傳統材料中的雪崩倍增機制由於驅動電壓較高而受到限制,而基於二維材料的APD可以避免這種情況。

資料來源:Phys.org

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