SE526765C2 - A detector for detecting electromagnetic radiation - Google Patents
A detector for detecting electromagnetic radiationInfo
- Publication number
- SE526765C2 SE526765C2 SE0302577A SE0302577A SE526765C2 SE 526765 C2 SE526765 C2 SE 526765C2 SE 0302577 A SE0302577 A SE 0302577A SE 0302577 A SE0302577 A SE 0302577A SE 526765 C2 SE526765 C2 SE 526765C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- electrode
- detector
- tapered
- electrodes
- substrate
- Prior art date
Links
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 3
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J2001/4238—Pulsed light
Abstract
Description
526 765 Motsvarande gäller även för andra moduleringstekniker när moduleringsfrekvensen ökar. 526 765 The same applies to other modulation techniques when the modulation frequency increases.
En ökning av den aktiva ytan hos en detektor samtidigt som en kort pulssvarstid bibehålls kan trots allt vara önskvärd om en infallande ljusstràle har en utbredd eller mindre fokuserad träffpunkt, eftersom allt för många fotoner annars kan träffa utanför den aktiva ytan hos detektom. En ökning kan också vara önskvärd för att korrekt och utan måttning taï emottoch» transportera laddningar som genereras genom en intensiv i - f ' strörn-avífotoner-fränen ljuskällamed hög effekt i en miljö med hög pulsfrekvens. 10 «15 20 25 30 35 i f knit -_ , Skriften 'Theory and Design ofa Tapered Line Distributed Photodetector (Jin-Wei Shi 'andfChi-Vlšuang Sun, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, vol.. 20 no. 11 November 2002)' beskriver en fotodetektorsuuktur som samtidigt uppvisar en hög nivå för mâttnadsenergi och hög hastighet. Detektom som beskrivs är en fotodetektor med en distribuerad avsmalnande ledning (Tapered Line Distributed Photodetedtor, TLDP), som är en vidareutveckling av en detektortyp vilken är känd som hastighetsmatchade distribuerade fotodetektorer (Velocity-Matched Distributed Photodetectors. VMDP).An increase in the active surface of a detector while maintaining a short pulse response time may nevertheless be desirable if an incident light beam has a widespread or less focused point of impact, as too many photons may otherwise strike outside the active surface of the detector. An increase may also be desirable in order to accurately and without measurement receive and transport charges generated by an intense i - f 'current-avi photons from the light source with high power in a high pulse rate environment. 10 «15 20 25 30 35 if knit -_, Skriften 'Theory and Design ofa Tapered Line Distributed Photodetector (Jin-Wei Shi' andfChi-Vlšuang Sun, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, vol .. 20 no. 11 November 2002) 'describes a photodetector structure that simultaneously exhibits a high level of saturation energy and high speed. The detector described is a photodetector with a Tapered Line Distributed Photodetector (TLDP), which is a further development of a type of detector known as Velocity-Matched Distributed Photodetectors (VMDP).
Genom att utnyttja an avsmalnande ledningsstruktur och en fasmatchning mellan optiska vågor och mikrovàgor i TLDP-strukturen är en vandringsvàgsfotodetektor mer realiserbar och en ultrahög bandbredd kan uppnås genom att ta bort den extra konstlasten som konsumerar hälften av den totala kvantumeffekten i en vanlig VMDP.By utilizing a tapered wiring structure and a phase matching between optical waves and microwaves in the TLDP structure, a wandering photodetector is more feasible and an ultra-high bandwidth can be achieved by removing the extra artificial load that consumes half of the total quantum power in a standard VMDP.
Den TLDP som visas i denna skrift tar emot en infallande ljusvåg som är huvudsakligen parallell (d.v.s. utan någon infallsvinkel) i förhållande till ytan pà den avsmalnande transmissionsledningen och utnyttjar ett flertal fotodetektorer som år distribuerade längs en optisk transmisslonslednlng. där var och en av detektorema har en liten aktiv yta där bidraget från varje detektor summeras i fas genom en elektrisk Iågförlustledning. Vidare förutsätter den TLDP som visas i detta papper att ljuset har en infallsvlnkel som år huvudsakligen parallell med transmissionsledningen, vilket implicerar att öppningen hos transmissionsledningen begränsar storteken för träffpunkten hos det infallande ljuset.The TLDP shown in this document receives an incident light wave which is substantially parallel (i.e. without any angle of incidence) relative to the surface of the tapered transmission line and utilizes a plurality of photodetectors which are distributed along an optical transmission line. where each of the detectors has a small active area where the contribution from each detector is summed in phase by an electrical low loss line. Furthermore, the TLDP shown in this paper assumes that the light has an angle of incidence which is substantially parallel to the transmission line, which implies that the opening of the transmission line limits the magnitude of the point of impact of the incident light.
Patentet US 6,418,248 (Hays) visar en metod och en anordning för en vandringsvâgsfotodetektor med en struktur och funktion som liknar de VMDP och -A1o f15 20 25 30- 35 sas 7e5 TLDP som beskrivits ovan, där anordningen tar emot en infallande våg som är huvudsakligen parallell (d.v.s. utan någon infallsvinkel) i förhållande till ytan på den i optiska vågledaren. Ett flertal diskreta vågledarfotodetektorer tillhandahålls. Var och en av de diskreta vågledarfotodetektorema har en maximal detekterbar modulations- frekvens där var och en är sammankopplad med alla de andra. Var och en av de diskreta vàgledarfotodetektorerna ger en diskret vàgledarfotodetektorström som koherent summeras för att ge en RF utrnatningsström. Transmissionsledningar tillhandahålls för sammankoppling av var och en av de diskreta vàgledarfotodetek- i :torernaf till I en summerare. Längden för de respektive transmissionsledningama år 'anpassad så 'att 'strömvàgoma som vandrar i de respektive transmissionsledningarna ankommerjtillsummeraren i fas och summeras konstruktivt.U.S. Patent 6,418,248 (Hays) discloses a method and apparatus for a traveling wave photodetector having a structure and function similar to those of the VMDP and A10 f15 20sase 7e5 TLDP described above, wherein the apparatus receives an incident wave which is substantially parallel (ie without any angle of incidence) in relation to the surface of the optical waveguide. A plurality of discrete waveguide photodetectors are provided. Each of the discrete waveguide photodetectors has a maximum detectable modulation frequency where each is connected to all the others. Each of the discrete waveguide photodetectors provides a discrete waveguide photodetector current which is coherently summed to provide an RF exhaust current. Transmission lines are provided for connecting each of the discrete waveguide photodetectors to a summator. The length of the respective transmission lines is 'adapted' so that the current waves traveling in the respective transmission lines arrive at the summator in phase and are summed constructively.
Sammanfattningsvis visar dokumenten ovan en teknik vari den aktiva ytan hos en l-fotodetektor: ökas » genom att utnyttja flera distribuerade mindre fotodetektorer.In summary, the above documents show a technique in which the active area of an l-photodetector: is increased »by utilizing fl your distributed smaller photodetectors.
Fasskillnaden hos de signaler som detekteras av varje individuell fotodetektor justeras med hjälp av en elektrisk transmissionsledning eller liknande fasjusteringsanordning så att de summeras konstruktivt vid utgången hos detektom. Dokumenten indikerar möjligen ett sätt att utan risk för mättning detektera fotoner från en högenergiljuskålla som modulerats med en hög frekvens. En eventuell anordning i linje med lösningen som år påtänkt idessa dokument skulle emellertid bli onödigt komplicerad. Wdare år dokumenten helt tysta beträffande en lösning av de problem som sammanhänger med användning av en fotodetektor med en huvudsakligen sammanhängande yta för mottagande av en infalfande ljusstràle med en utsträckt eller mindre fokuserad träffpunkt. ' Sammanfattning av ugpfinnimen De 'problem som nämns ovan löses av den föreliggande uppfinningen, vilken ^ tillhandahåller en halvledarfotodetektor för detekteríng av elektromagnetiska vågor som -' är modulerade med en hög frekvens och har en utsträckt eller mindre fokuserad träffpunkt på detektom. I synnerhet tillhandahåller uppfinningen en halvledardetektor för detektering av elektromagnetiska ljusvàgor som modulerats med en hög frekvens, där det infallande ljuset har hög energi och/eller en utsträckt eller mindre fokuserad träffpunkt. med ett tvärsnitt som år så stort som flera millimeter företrädesvis beroende på formen av den lnfallande vågen. Uttrycker "elektromagnetisk ljusvág" ska inte tolkas _10 fw 20 25 30 35 526 765 så att det endast omfattar synligt ljus. Tvärtom, den elektromagnetiska strålningen som ska detekteras kan sträckas sig från infraröd till ultraviolett strålning och möjligenännu längre i vissa tillämpningar.The phase difference of the signals detected by each individual photodetector is adjusted by means of an electrical transmission line or similar phase adjustment device so that they are constructively summed at the output of the detector. The documents possibly indicate a way to detect photons from a high-energy light source that has been modulated with a high frequency without the risk of saturation. However, any device in line with the solution envisaged in these documents would be unnecessarily complicated. However, the documents are completely silent regarding a solution to the problems associated with the use of a photodetector with a substantially continuous surface for receiving an incident light beam with an extended or less focused point of impact. Summary of the Ugpnmen The problems mentioned above are solved by the present invention, which provides a semiconductor photodetector for detecting electromagnetic waves which are modulated with a high frequency and have an extended or less focused point of impact on the detector. In particular, the invention provides a semiconductor detector for detecting electromagnetic light waves modulated with a high frequency, where the incident light has a high energy and / or an extended or less focused point of impact. with a cross section that is as large as fl your millimeters preferably depending on the shape of the incident wave. The term "electromagnetic light wave" shall not be construed as covering only visible light. On the contrary, the electromagnetic radiation to be detected can range from infrared to ultraviolet radiation and possibly even longer in some applications.
Detektom innefattar en halvledarövergång som skapas av ett substrat med en i föredragna utlöringsfonner huvudsakligen platt och vidsträckt eller utsträckt yta och åtminstone ett första lager anordnad på toppen av sagda substrat. Ytterligare lager kan fordras i särskilda utföringsformer. Vidare är, åtminstone en första och en andra elektrod som är elektriskt förspända anordnade intill varandra på sagda första yta.The detector comprises a semiconductor junction created by a substrate having in preferred teaching forms a substantially flat and wide or extended surface and at least a first layer arranged on top of said substrate. Additional bearings may be required in particular embodiments. Furthermore, at least a first and a second electrode which are electrically biased are arranged next to each other on said first surface.
Elektrodema 'är separerade av en exponerad yta av det första lagret som är anordnat _ för att ta emot elektromagnetiska vågor. Halvledarövergången och elektrodema är anordnade så att de omvandlar en infallande våg av elektromagnetisk strålning som 4 tas emot av detektom- till en vandrande våg, där sagda vandrande våg utbreder sig längs den första elektroden huvudsakligen parallellt med ytan på sagda substrat i riktning mot utgången av sagda första elektrod.The electrodes are separated by an exposed surface of the first layer which is arranged to receive electromagnetic waves. The semiconductor junction and the electrodes are arranged so as to convert an incident wave of electromagnetic radiation received by the detector into a traveling wave, said traveling wave propagating along the first electrode substantially parallel to the surface of said substrate towards the output of said first electrode.
Vidare, i enlighet med den föreliggande uppfinningen har en infallande våg av elektromagnetisk strålning en infallsvinkel i förhållande till ytan hos detektom. Av denna anledning år den infallande vågen inte parallell med ytan på detektom. d.v.s.. den infallande vågen år inte parallell med den ovan nämnda vandrande våg som utbreder sig längs den första elektroden l riktning mot utgången hos sagda första elektrod som är huvudsakligen parallell med ytan på sagda substrat.Furthermore, in accordance with the present invention, an incident wave of electromagnetic radiation has an angle of incidence relative to the surface of the detector. For this reason, the incident wave is not parallel to the surface of the detector. i.e., the incident wave is not parallel to the above-mentioned traveling wave extending along the first electrode in the direction of the output of said first electrode which is substantially parallel to the surface of said substrate.
Dessutom innefattar detektom åtminstone en första avsmalnande struktur anordnad på substratet. Den avsmalnade strukturen år anordnad för att sakta ned de signaler som las emot från en infallande våg av elektromagnetisk strålning vid ett givet tvärsnitt av den första elektroden jämfört med de signaler som tas emot vid varje föregående tvärsnitt av den första elektroden som år mer avlägset från utgången av sagda eleklrod. Detta reducerar eller eliminerar fasskillnaden mellan sagda mottagna signaler så att signalerna summeras konstruktivt huvudsakligen i fas vid utgången av sagda första elektrod.In addition, the detector comprises at least a first tapered structure arranged on the substrate. The tapered structure is arranged to slow down the signals read off from an incident wave of electromagnetic radiation at a given cross section of the first electrode compared to the signals received at each previous cross section of the first electrode which is more distant from the output. of said eleklrod. This reduces or eliminates the phase difference between said received signals so that the signals are constructively summed mainly in phase at the output of said first electrode.
Uttrycket 'på" ett lager eller liknande ska i detta dokument förstås som 'på eller ovan" det lagret. Med andra ord, uttrycket innefattar utföringsfomrer i vilka exempelvis ett eller flera ytterligare lager kan förekomma mellan substratet och det första lagret och/eller 110V I ' 15 20 25 30 519,2 mellan det första lagret och elektroderna. Uttrycket innefattar även utföringsforrner i vilka exempelvis ett eller fiera ytterligare lager kan förekomma på eller ovan elektroderna. Det innefattar också utföringsforrner i vilka exempelvis ett eller flera ytterligare lager kan förekomma under eller inuti substratet.The expression "on" a layer or similar shall in this document be understood as' on or above "that layer. In other words, the term includes embodiments in which, for example, one or more additional layers may be present between the substrate and the first layer and / or 11019 519.2 between the first layer and the electrodes. The term also includes embodiments in which, for example, one or more additional layers may be present on or above the electrodes. It also includes embodiments in which, for example, one or more additional layers may be present below or inside the substrate.
Kortfattad beslgrivninggv ritningama Fig. m1 visar till vänster en vy från ovan och tillhöger en sidovy bakifrån av en detektor -med 1 ett alvsmalnande första elektrod huvudsakligen omgiven av en intilliggande andra elektrod i enlighet med en första utföringsform av den ' 'i .f jföreliggande uppfinningen. aviser envy från ovan och en sidovy bakifrån av en detektor med en stegvis ~ avsmalnande. första elektrod huvudsakligen omgiven av en intilliggande andra elektrod i enlighet med en andra utföringsforrn av den föreliggande Hg. 3 Pig. 4 Fig. 5 Fig. 6A upvfinniflsen- visar till vänster en vy från ovan och till höger en sidovy bakifrån av en detektor med en avsmalnande första elektrod och en intilliggande avsmalnande andra elektrod i enlighet med en tredje utföringsforrn av den föreliggande uppflnningen. visar ett diagram som illustrerar förändringen i effektiv dielektricitetskonstant ooh förändringen i fashastighet beroende på avståndet L som tillryggalagts mellan den smala ändan av den avsmalnande första elektroden till utgången av sagda elektrod. visar ett diagram som illustrerar ökningen i löptid beroende pà avståndet L som tillryggalagts från den smala ändan av den avsmalnande första elektroden till utgången av sagda elektrod. visar till vänster en vy från ovan och till höger en sidovy bakifrån av en ~ detektor med en icke avsmalnande första elektrod omgiven av en andra elektrod, där ett avsmalnande fördröjningsnät har anordnats på sagda f, f-io -15 20 25 A30 35 ' jFig; _ detektor med en 'icke avsmalnande första elektrod omgiven av en andra Fig.' 68 526 765 elektroder i enlighet med en fjärde utföringsform av den föreliggande uppfinningen. visar en sidovy av en 'detektor med en icke avsmalnande första elektrod omgiven» av en andra elektrod, där ett avsmalnande fördröjningsnät har anordnats pà sagda elektroder i enlighet med en fjärde utföringsfomi av den föreliggande uppfinningen. till vänster. en vy _fràn ovan och till höger en sidovy bakifrån av en .där .ettgstegvist avsmalnande fördröjningsnåt har anordnats pá i Hg. va. sagda elektroder i enlighet med en femte utföringsforrn av den föreliggande uppfinningen. visar en sidovy av en detektor med en icke avsmalnande första elektrod omgiven av en andra elektrod, där ett stegvist avsmalnande fórdröjningsnät har anordnats pä sagda elektroder i enlighet med en femte utföringsform av ' den föreliggande uppfinningen.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. M1 shows on the left a view from above and to the right a side view from behind of a detector -with an elf-narrowing first electrode substantially surrounded by an adjacent second electrode in accordance with a first embodiment of the present invention. . newspapers a top view and a rear side view of a detector with a stepwise taper. first electrode substantially surrounded by an adjacent second electrode according to a second embodiment of the present Hg. 3 Pig. Fig. 5 Fig. 6A is a left side elevational view on the left and a rear side view on the right of a detector having a tapered first electrode and an adjacent tapered second electrode according to a third embodiment of the present invention. shows a diagram illustrating the change in effective dielectric constant and the change in phase velocity depending on the distance L traveled between the narrow end of the tapered first electrode to the output of said electrode. shows a diagram illustrating the increase in maturity depending on the distance L traveled from the narrow end of the tapered first electrode to the output of said electrode. shows on the left a view from above and on the right a side view from behind of a detector with a non-tapered first electrode surrounded by a second electrode, where a tapered delay network has been arranged on said f, f-io -15 20 25 A30 35 'jFig ; detector with a 'non-tapered first electrode surrounded by a second Fig.' 68 526 765 electrodes according to a fourth embodiment of the present invention. shows a side view of a detector with a non-tapered first electrode surrounded by a second electrode, where a tapered delay network has been provided on said electrodes in accordance with a fourth embodiment of the present invention. to the left. a view _from above and to the right a side view from behind of a .there .s stepwise tapering delay has been arranged on in Hg. va. said electrodes in accordance with a fifth embodiment of the present invention. shows a side view of a detector with a non-tapered first electrode surrounded by a second electrode, where a stepwise tapered delay network has been provided on said electrodes in accordance with a fifth embodiment of the present invention.
Fig. 8 Fig. e Fig. 10 visar till vänster en vy från ovan och till hâger en sidovy bakifrån av en detektor med en avsmalnande första eiektrod och en intilliggande avsmalnande andra elektrod, där ett stegvist avsmalnande fördröjningsnät har anordnats på sagda elektroder i enlighet med en sjätte utföringsforrn av den föreliggande uppfinningen. visar till vänster en vy fràn ovan och till höger en sidovy (innefattande en lins och en spegel) av en balanserad detektor i enlighet med en sjunde utföringsforrn. med ett flertal avsmalnande första elektroder anordnade i ett huvudsakligen symmetifskt mönster kring en centrumelektrod, och ett flertal huvudsakligen rektangulära andra elektroder anordnade mellan och intill varje par av första elektroder. visar till vänster en vy från ovan och till höger en sidovy (innefattande en lins .och en spegel) av en balanserad detektor i enlighet med en åttonde utföringsfonn. med ett flertal avsmalnande första elektroder anordnade i ett ”to 1st 20 25 35 (51 iQ CA huvudsakligen symmetriskt mönster kring en centrumpunkt och ett flertal huvudsakligen rektangulära andra elektroder anordnade mellan varje par av första elektroder.Fig. 8 Fig. E Fig. 10 shows on the left a view from above and on the right a side view from behind of a detector with a tapered first electrode and an adjacent tapered second electrode, where a stepwise tapered delay network has been arranged on said electrodes in accordance with a sixth embodiment of the present invention. shows on the left a view from above and on the right a side view (including a lens and a mirror) of a balanced detector according to a seventh embodiment. with a number of tapered first electrodes arranged in a substantially symmetrical pattern around a center electrode, and a number of substantially rectangular second electrodes arranged between and adjacent each pair of first electrodes. shows on the left a view from above and on the right a side view (including a lens and a mirror) of a balanced detector according to an eighth embodiment. with a number of tapered first electrodes arranged in a "to 1st 20 25 35 (51 iQ CA substantially symmetrical pattern around a center point and a number of substantially rectangular second electrodes arranged between each pair of first electrodes.
Fig. 11 visar till vänster en vy från ovan och en till höger en sídovy (innefattande en lins och en spegel) av en balanserad detektor i enlighet med en nionde utföringsform, vari ett avsmalnande fördröjningsnät har anordnats på I ' detektorn 'i enlighet med den åttonde utföringsforrn som visas i fig. 10. l-Detalierad av föredragna utiöringsforrner En första av en detektor 100 för detektering av elektromagnetisk strålning i enlighet med: denna uppfinning visas i fig. 1. Sagda detektor 100 innefattar ett substrat - 110 med en huvudsakligen 'flat och utbredd/utsträckt yta och ett lager 120 som utformats ovanpå tsubstratet 110. Det ska noteras att detektom 100 kan innefatta ytterligare lager utan att awika från uppfinningen.Fig. 11 shows on the left a top view and one on the right a side view (comprising a lens and a mirror) of a balanced detector according to a ninth embodiment, wherein a tapered delay network has been arranged on the I 'detector' according to the eighth embodiment shown in fi g. 10. l-Detailed of Preferred Embodiments A first of a detector 100 for detecting electromagnetic radiation according to: this invention is shown in fig. Said detector 100 comprises a substrate 110 having a substantially flat and widespread / extending surface and a layer 120 formed on top of the substrate 110. It should be noted that the detector 100 may include additional layers without deviating from the invention.
Substratet 110 och lagret 120 som visas i fig. 1 kan tillverkas av Si, GeAs, SiGe eller något annat lämpligt material som används För halvledare. Valet av material beror på bârfrekvensen hos den modulerade elektromagnetiska vågen. l allmänhet år Si föredraget för optiska bärfrekvenser med en våglängd i det osynliga till nära det infraröda spektrat medan GeAs (eller SiGe) år föredraget för bärfrekvenser med en våglängd i det nåra infraröda spektrat Lagret 120 kan utfonnas på substratet 110 på välkänt sätt för att skapa en distribuerad haivledare P-N övergång, vilket i en fördragen utföringsfonn av uppfinningen gör det möjligt för subslratet 110 och lager 120 att transformera fotoner från en infallande elektromagnetisk ljusvàg 150 till laddningar, d.v.s. par av elektroner och hål. Tjockleken av lagret 120 väljs företrädesvis störreân absorptionslängden för de elektromagnetiska vågor' 150 som tas emot av materialet i lagret 120.The substrate 110 and the layer 120 shown in fi g. 1 can be made of Si, GeAs, SiGe or any other suitable material used For semiconductors. The choice of material depends on the carrier frequency of the modulated electromagnetic wave. In general, Si is preferred for optical carrier frequencies with a wavelength in the invisible to near the infrared spectrum while GeAs (or SiGe) is preferred for carrier frequencies with a wavelength in the near infrared spectrum. The layer 120 may be formed on the substrate 110 in a well known manner to create a distributed shear conductor PN junction, which in a preferred embodiment of the invention enables the substrate 110 and layer 120 to transform photons from an incident electromagnetic light wave 150 into charges, i.e. pairs of electrons and holes. The thickness of the layer 120 is preferably chosen to be greater than the absorption length of the electromagnetic waves 150 received by the material in the layer 120.
Det ska noteras att andra utföringsfonner av den föreliggande uppfinningen kan fordra ytterligare lager för att fonna en halvledarövergàng eller halvledarövergàngar.It should be noted that other embodiments of the present invention may require additional layers to form a semiconductor junction or semiconductor junctions.
Halvledarövergàngen kan exempelvis utföringsforrnas som en P-l-N, en Schottky, en metall-halvledare-rnetall eller någon annan lämplig halvledarövergàng utan att awika 010 20 25 30' från uppfinningen. Vidare, kan substratet 110 och lagret 120 och eventuella ytterligare lager, utan att awika från uppfinningen, anpassas för att transforrnera en infallande elektromagnetisk vàg 150 till laddningar även om vägen har en bärfrekvens som är under frekvensen i det traditionella synliga spektrat.The semiconductor junction can, for example, be embodied as a P-1-N, a Schottky, a metal-semiconductor junction or any other suitable semiconductor junction without deviating from the invention. Furthermore, the substrate 110 and the layer 120 and any additional layers, without departing from the invention, can be adapted to transform an incident electromagnetic wave 150 into charges even if the path has a carrier frequency which is below the frequency in the traditional visible spectrum.
Så somvisas i fig. 1 har en första avsmalnande elektrod 130 och en intilliggande andra elektrod 140 anordnats på lagret 120 för att forma en koplanär transmissionsledning.As shown in fi g. 1, a first tapered electrode 130 and an adjacent second electrode 140 have been provided on the bearing 120 to form a coplanar transmission line.
~ Elektrodema är anordnade som lager av exempelvis Cu, Au eller något annat lämpligt khögkonduktivt rrlietallager och' de är separerade av en aktiv exponerad yta 160 av lagret 0120 anordnadför att 'ta 'emot infallande elektromagnetiska vågor.The electrodes are arranged as bearings of, for example, Cu, Au or some other suitable high-conductivity metal layer and they are separated by an active exposed surface 160 of the bearing 0120 arranged to 'receive' incident electromagnetic waves.
I en utföringsforrn är den första avsmalnande elektroden 130 ansluten till en -positiv-(negativ) potential .och den andra elektroden 140 är ansluten till en negativ , s _ _ ' (positiv)-jordpotential; vilket därmed förspänner elektrodema för att skapa ett fält mellan 15. . _ sagda elektroder-pà välkänt sätt. Emellertid kan ett lämpligt elektriskt fält skapas genom att ansluta elektrodema till andra potentialer.In one embodiment, the first tapered electrode 130 is connected to a positive (negative) potential and the second electrode 140 is connected to a negative (positive) ground potential; thereby biasing the electrodes to create a field between 15.. - said electrodes-in a well-known manner. However, a suitable electric field can be created by connecting the electrodes to other potentials.
Längden L för sagda första elektrod 130 kan sträckas sig från flera pm till'- flera millimeter, företrädesvis beroende pà formen hos den infallande elektromagnetiska _ vågen. Andra längder L kan fordras i andra utföringsfomrer.The length L of said first electrode 130 may extend from several microns to several millimeters, preferably depending on the shape of the incident electromagnetic wave. Other lengths L may be required in other embodiments.
Bredden för den aktiva exponerade ytan 160 av lagret 120 kan sträcka sig från fiera pm till flera millimeter, företrädesvis beroende pà fonnen hos den infallande elektro- magnetiska vågen. Andra breder kan fordras i andra utföringsfomier.The width of the active exposed surface 160 of the bearing 120 may range from several microns to several millimeters, preferably depending on the shape of the incident electromagnetic wave. Other widths may be required in other embodiments.
Längden L för den första elektroden 130 och bredden för den aktiva exponerade ytan 160 är valda så att de genererade laddningama (paren av elektroner och hàl) när elektroderna 130. 140 innan de rekombinerar (neutraliseras) och så att mikrovågs- signalerna från den elektromagnetiska ljusvàgen 150 som detekteras vid den smala ändan av den avsmalnande elektroden 130 (d.v.s. längst till vänster i fig. 1) ankommer till' den breda utgångsândan av elektroden 130 (d.v.s. längst till höger i fig. 1) med minsta möjliga dämpning.The length L of the first electrode 130 and the width of the active exposed surface 160 are selected so that the generated charges (pairs of electrons and holes) reach the electrodes 130. 140 before recombining (neutralizing) and so that the microwave signals from the electromagnetic light wave 150 detected at the narrow end of the tapered electrode 130 (ie, far left in fi g. 1) arrives at the wide output end of the electrode 130 (ie, far right in till g. 1) with the least possible attenuation.
Bredden av den koplanära remsan som möter den avsmalnande första elektroden 130 kan vara l intervallet 10 pm till flera hundra pm och väljs sà att de signaler som 1,1 20 25 35 526 765 detekteras vid ändan längst tiil vänster i fig. 1 ankommer till ändan längst till höger i fig. 1 med minsta möjliga dämpning. Tjockleken hos den koplanära remsan och elektro- dema 130, 140 är företrädesvis 0,1 till 10 um, även om andra tjocklekar kan föredras i vissa utföringsfonner.The width of the coplanar strip facing the tapered first electrode 130 may be in the range of 10 μm to fl your hundred μm and is selected so that the signals detected at the far left end in fi g. 1 arrives at the far right end in i g. 1 with the least possible attenuation. The thickness of the coplanar strip and the electrodes 130, 140 are preferably 0.1 to 10 μm, although other thicknesses may be preferred in some embodiments.
Den koplanära detektom 100 som nu har beskrivits är anordnad att ta emot en modulerad elektromagnetisk ljusvåg 150 (företrädesvis modulerad med en mikrovågs- _ j frekvens), vilken inkommermed eninfallsvinkel i förhållande till ytan på detektom 100. ttrtfailsvinlterrt är företrädesvis ctrrtajso° t 4s° i förhållande tm ytan på detektorn 1oo, där det år föredraget att ytan hos 'detektom 100 är huvudsakligen parallell med den flata _ .utstracltta ytan nos substratetittp. , _ i När en inkommande elektromagnetisk ljusvàg 150 infaller på detektorn -100 kommer vågen' 150 att transformeras till laddningar (d.v.s. par av elektroner och hål) i den exponerade ytan 160 av lagret 120 och eller substratet 110 under sagda exponerade yta 160. Det elektriska fältet som orsakas av de elektriskt förspända elektrodema 130, 140 kommer då att påverka laddningama så att de förflyttar sig i lagret 120 och/etlert sagda substrat 110 som är anordnat mellan sagda elektroder 130, 140, vilket exciterar en vandrande elektromagnetisk våg på ett sätt som är välkänt inom omrâdet för koplanåra transmissionsledningar. Den vandrande mikrovägen utbreder sig från den smala ändan av den avsmalnande elektroden 130 i riktning mot den breda utgångs- ändan av elektroden 130. d.v.s. från vänster till höger i fig. 1. där vägen huvudsakligen vandrar längs elektrodema 130, 140 i lagret 120, substratet 110 och luften (och i eventuella andra lager) ovanför. Med andra ord, den vandrande vågen utbreder sig huvudsakligen längs ytan på detektom 100.The coplanar detector 100 now described is arranged to receive a modulated electromagnetic light wave 150 (preferably modulated with a microwave frequency), which incurs at an angle of incidence with respect to the surface of the detector 100. The failure angle is preferably 4 ° C. relative to the surface of the detector 100, where it is preferred that the surface of the detector 100 be substantially parallel to the surface of our substrate. When an incoming electromagnetic light wave 150 is incident on the detector -100, the wave 150 will be transformed into charges (ie pairs of electrons and holes) in the exposed surface 160 of the layer 120 and or the substrate 110 below said exposed surface 160. The electric the field caused by the electrically biased electrodes 130, 140 will then affect the charges so that they move in the layer 120 and / or said substrate 110 arranged between said electrodes 130, 140, which excites a traveling electromagnetic wave in a manner which is well known in the field of coplanar transmission lines. The traveling micrograph extends from the narrow end of the tapered electrode 130 toward the wide exit end of the electrode 130. i.e. from left to right in fi g. Where the path travels substantially along the electrodes 130, 140 in the layer 120, the substrate 110 and the air (and in any other layers) above. In other words, the traveling wave propagates mainly along the surface of the detector 100.
Nämnda vandrande mikrovåg saktar emellertid ned allteftersom vågen utbreder sig i riktning mot den bredare utgångsändan 132 hos den avsmalnande elektroden 130 ifig. 1, d.v.s. löptiden ökar i riktning mot' utgångsändan hos elektroden 130, så som illustreras av den heldragna linjen l fig. 5. Följaktligen reduceras fashastigheten allteftersom vågen utbreder sig i riktning mot den bredare utgàngsändan 132 hos den avsmalnande elektroden 130 lfig. 1, så som illustreras av den heldragna linjen i fig. 4.However, said traveling microwave slows down as the wave propagates in the direction of the wider output end 132 of the tapered electrode 130 in fi g. 1, i.e. the duration increases in the direction of the output end of the electrode 130, as illustrated by the solid line lfig. Consequently, the phase velocity decreases as the wave propagates toward the wider output end 132 of the tapered electrode 130 μg. 1, as illustrated by the solid line in fi g. 4.
Detta beror på det faktum att den exponerade ytan 160 hos lagret 120 blir mindre bred allt eftersom den avsmalnande elektroden 130 breddas, vilket i sin tur innebär att den vandrande vågen har mer dielektrikum i tvärsnittet att färdas i. Med andra ord den _10 15 20 azs 30 526 765 10 effektiva dielektricitetskonstanten ökar i riktning mot utgångsändan av elektroden 130, så som illustreras av den streckade linjen i fig. 4.This is due to the fact that the exposed surface 160 of the bearing 120 becomes less wide as the tapered electrode 130 widens, which in turn means that the traveling wave has more dielectric in the cross section to travel in. In other words, the _10 15 20 azs The effective dielectric constant increases toward the output end of the electrode 130, as illustrated by the dashed line in fi g. 4.
Följaktligen är den första elektroden 130 i den koplanära transmissionsledningen, vilken formerar detektom 100 som visas i vfig. 1, avsmalnande på så sätt att det effektiva brytningsindexet för mikrovågor i transmissionsledningen ökar i riktning mot utgången 132 “ av detektom 100. Det brytningsindexet hos transrnissionsledningen är relaterat till det tvärsnitt som formas av den första elemental rserqen- andra elektroden 140, subsrraret 110 och lagret 120. effektiva »Sagda- brytningsindex ges av: Mek; e (1) i ' där laga; den effektiva dielektricitetskonstanten för transmissionsledningen.Accordingly, the first electrode 130 is in the coplanar transmission line, which forms the detector 100 shown in path. 1, tapered in such a way that the effective refractive index of microwaves in the transmission line increases in the direction of the output 132 "of the detector 100. The refractive index of the transmission line is related to the cross section formed by the first elemental second electrode 140, the substrate 110 and the bearing. 120. effective »Said refractive index is given by: Mek; e (1) i 'there law; the effective dielectric constant of the transmission line.
Så som illustreras i fig. 5 innebär detta att löptiden eller fashastigheten hos de signaler som tas emot från den vandrande vågen reduceras vid varje givet tvärsnitt av den avsmalnande elektroden 130 jämfört med fashastigheten hos de signaler som tas emot vid varje föregående tvärsnitt av sagda elektrod 130, allt eftersom vågen vandrar från den smala första ändan 131 till den breda utgàngsändan 132 av elektroden 130. En korrekt avsmalning av elektroden 130 kommer följaktligen att ha den effekten att alla signaler från sagda vandrande vàg som tas emot av den avsmalnande elektroden 130 kommer att anlända vid den breda utgàngsändan 132 av sagda elektrod 130 med ingen eller försumbar tidsskillnad, d.v.s. fasmatchade eller nästan fasmatchade. lsynnerhet är fasmatchnlngen avsevärt förbättrad jämfört med användningen av en koplanär detektor med en välkänd rektangulär elektrod eller någon annan icke avsmalnande anordning.As illustrated in fi g. This means that the duration or phase velocity of the signals received from the traveling wave is reduced at each given cross section of the tapered electrode 130 compared to the phase velocity of the signals received at each previous cross section of said electrode 130, as the wave travels from the narrow first end 131 to the wide output end 132 of the electrode 130. A correct taper of the electrode 130 will consequently have the effect that all signals from said traveling path received by the tapered electrode 130 will arrive at the wide output end 132 of the electrode 130. said electrode 130 with no or negligible time difference, i.e. phase-matched or almost phase-matched. in particular, the phase matching is considerably improved compared to the use of a coplanar detector with a well-known rectangular electrode or other non-tapered device.
Fashastigheten för .signaler som erhålls från sagda vandrande mikrovàg vid ett givet tvärsnitt av den avsmalnande elektroden 130 ges av: Co VewÛf) = , (2) där co är ljushastigheten i vakuum och x är avståndet som tillryggalagts längs den avsmalnande elektroden 130. sà som illustreras l fig. 1. f i fi? i 20 25 30 35 52-26 765 11 Utöver fördelarna med fasmatchningen som beskrivits ovan kan en avsmalning av den första elektroden 130 också reducera/eliminera sådana reflexlonsvàgor som är vanliga i icke avsmalnande vandringsvàgsfotodetektorer, vilket innebär att den konstlast som används i många kända hastighetsmatchade distribuerade (Velocity-Matched Distributed Photodetectors, VMDP) kan uteslutas i enlighet med denna uppfinningi Sà långt har en-törsta utföringsforrn av en detektor 100 i enlighet med den föreliggande i. , _ uppfinningen--diskuteratsg med* 'hänvisning till fig. 1.- Uppfinningen är emellertid inte _ begränsad' till denna första utföringsfomi. Tvärtom, uppfinníngen kan implementeras i i ~ en mängd ollkaulföringsfonner.The phase velocity of signals obtained from said traveling microwave at a given cross section of the tapered electrode 130 is given by: Co VewÛf) =, (2) where co is the speed of light in vacuum and x is the distance traveled along the tapered electrode 130. as illustrated l fi g. 1. f i fi? In addition to the benefits of phase matching described above, a taper of the first electrode 130 can also reduce / eliminate such rebound waves as are common in non-tapered travel photodetectors, which means that the artificial load used in many known speed matching distributed (Velocity-Matched Distributed Photodetectors, VMDP) can be excluded according to this invention So far, one-thirst embodiment of a detector 100 in accordance with the present invention has been discussed with reference to 'g. 1.- However, the invention is not limited to this first embodiment. On the contrary, the upgrade can be implemented in a variety of ollkaulföringsfonner.
En andra exemplifierande utföringsfonn av en detektor 200 visas i fig. 2. Den andra utföringsfonnen ârjdensamma' som den första utföringsfonnen men illustrerar att den första elektroden 230 kan ha en stegvis avsmalning eller trapetsformad avsmalning istället för en mer lriangelfonnad avsmalning så som visas i fig. 1. Det stàr således klart att sagda avsmalning kan anta ett stort antal triangelliknande former. innefattande men inte begränsat till trianglar där en av vinklama är omkring 90°. Wdare kan avsmalningen anta en konisk, trapetsformad eller stegvis form eller någon annan avsmalnende form, innefattande former som har avfasade eller rundade delar/sektioner.A second exemplary embodiment of a detector 200 is shown in Figs. 2. The second embodiment is similar to the first embodiment but illustrates that the first electrode 230 may have a stepwise taper or trapezoidal taper instead of a more angular taper as shown in ig. 1. It is thus clear that said narrowing can take a large number of triangle-like shapes. including but not limited to triangles where one of the angles is about 90 °. Furthermore, the taper may take a conical, trapezoidal or stepped shape or any other tapered shape, including shapes having chamfered or rounded portions / sections.
En tredje exempllfierande utföringsfonn av en detektor 300 visas i fig. 3. Den tredje utförlngsfonnen är densamma som den första utföringsforrnen men illustrerar att även den andra elektroden 340 kan vara avsmalnande pà ungefär samma sätt som den första elektroden 330. I synnerhet kan den första och andra elektroden 330, 340 ha identiska eller nästan identiska forrner i ett antal utföringsforrner, även om detta inte är en förutsättning för uppfinningen. Sá som kan iakttas i tig. 3 är den första och den ' "andra elektroden 330. 340 separerade och nästan omgivna av en exponerad yta 360 av lagret 320, där den aktiva 'exponerade ytan àterfinns mellan sagda elektroder 330. 340. Detta skiljer sig från den första utföringsforrnen ienlighet med fig. 1, i vilken nära nog det motsatta förhållandet råder eftersom den andra elektroden 140 nära. nog omger den exponerade ytan 160 av lagret 120. l själva verket har den andra elektroden 140 l den första utföringsfonnen som visas ifig. 1 en utsträckt öppning in i vilken den första elektroden 130 sträcker sig. där ytan mellan elektrodema 130, 140 är upptagen 16 15 20 25 01 F.) C w. *si Gx 01 av en exponerad yta 160 av lagret 120. Följaktligen står det klart att en andra elektrod 340 som är angränsande till den första elektroden 330 kan anta en rad olika former och konfigurationer utan att avvika från uppfinningen.A third exemplary embodiment of a detector 300 is shown in Figs. 3. The third embodiment is the same as the first embodiment but illustrates that the second electrode 340 may also be tapered in approximately the same manner as the first electrode 330. In particular, the first and second electrodes 330, 340 may have identical or almost identical shapes in a number of embodiments, although this is not a prerequisite for the invention. The one who can be observed in tig. 3, the first and second electrodes 330. 340 are separated and almost surrounded by an exposed surface 360 of the layer 320, where the active exposed surface is again between said electrodes 330. 340. This differs from the first embodiment in accordance with FIG. 1, in which almost the opposite relationship prevails because the second electrode 140 probably surrounds the exposed surface 160 of the bearing 120. In fact, the second electrode 140 l has the first embodiment shown in fi g. 1 an extended opening into which the first electrode 130 extends, the surface between the electrodes 130, 140 being occupied by a exposed surface 160 of the layer 120. Accordingly, it is clear that a second electrode 340 adjacent to the first electrode 330 can take a variety of forms and configurations without deviating from the invention.
»En fjärde exemplifierande utföringsform av en detektor 400 visas i fig. 6A-6B. Den fjärde utföringsformen är densamma som den första utförlngsformen som visas i fig. 1 men visar att den infallande elektromagnetiska vågen 450 kan saktas ned gradvis av ett 'avsmalnande nätverk 470, som ett altemativ eller som ett komplement till en *rïavsmalning av den första elektroden 430 som används i den första utföringsforrnen.»A fourth exemplary embodiment of a detector 400 is shown in fi g. 6A-6B. The fourth embodiment is the same as the first embodiment shown in fi g. 1 but shows that the incident electromagnetic wave 450 can be gradually slowed down by a tapered network 470, as an alternative or as a complement to a taper of the first electrode 430 used in the first embodiment.
»Fördröjningsnätverket 470 år anordnat ovanpå elektrodema 430, 440 och detta - f finkluderarutföringsforrner i vilkaett eller flera ytterligare lager kan förekomma mellan fördröjningsnätverket 470 och elektrodema 430, 440. Fördröjningsnätverket 470 är företrädesvis gjort av glas, -plast eller liknande huvudsakligen transparent eller ' lsemitransparent material som 'gör det möjligt för »elektromagnetiska vågor 450 att passera genom nätverket 470 medviss- fördröjning.The delay network 470 is arranged on top of the electrodes 430, 440 and this includes finely shaped embodiments in which one or more additional layers may be present between the delay network 470 and the electrodes 430, 440. The delay network 470 is preferably made of glass, plastic or similar substantially transparent or transparent material. which 'enables' electromagnetic waves 450 to pass through the network 470 conscious delay.
I enlighet med den fiärde utföringsforrnen måste en infallande elektromagnetisk våg 450 färdas en viss längd Ay; i fördröjningsnätverket 470 innan vàgen 450 träffar den första och andra elektroden 430, 440, lagret 420 och substratet 410.In accordance with the fourth embodiment, an incident electromagnetic wave 450 must travel a certain length Ay; in the delay network 470 before the path 450 hits the first and second electrodes 430, 440, the layer 420 and the substrate 410.
Under förutsättning att materialet i fördröjningsnåtverket 470 väljs så att en infallande elektromagnetisk ljusvåg färdas snabbare i mediet ovanför nätverket 470 än i materialet i fördröjnlngsnätverltet 470 kommer en infallande elektromagnetisk våg 450 att. sakta ned när den kommer in i nätverket 470, vari den fortsätter en långsammare färd genom nätverket 470.Provided that the material in the delay network 470 is selected so that an incident electromagnetic light wave travels faster in the medium above the network 470 than in the material in the delay network 470, an incident electromagnetic wave 450 will. slowly descending as it enters the network 470, continuing a slower journey through the network 470.
Fördröjningsnätverket 470 är anordnat att vara avsmalnande så att tjockleken Ay, hos nätverket 470 ökar i utbredningsrikmingen för den vandrande mikrovågen, d.v.s. från vänster till höger i flg. 6A-6B, vilket motsvarar en utbredning från vänster till höger i fig. 1. Med andra ord ökar tjockleken Ay, hos nätverket 470 í riktning mot utgången 432 hos den första elektroden 430, vilken l denna fjärde utföringsform kan vara avsmalnande eller ej. ffi.1o 15 20 25 30 l~ 'r 6 765 13 5 Följaktligen kommer en infallande elektromagnetisk ljusvåg 450 att anlända tidigare till elektrodema 430. 440 vid ett tvärsnitt av fördröjningsnätverket 470 som har en tjocklek av Ayí än till varje efterföljande tvärsnitt av nätverket 470 som har en tjocklek Aym mGf.The delay network 470 is arranged to be tapered so that the thickness Ay, of the network 470 increases in the spreading direction of the traveling microwave, i.e. from left to right in flg. 6A-6B, which corresponds to a spread from left to right in fi g. In other words, the thickness Ay, of the network 470 increases towards the output 432 of the first electrode 430, which in this fourth embodiment may or may not be tapered. Consequently, an incident electromagnetic light wave 450 will arrive earlier at the electrodes 430. 440 at a cross-section of the delay network 470 having a thickness of Ay 1 than at each subsequent cross-section of the network 470. which has a thickness Aym mGf.
Så som kan härledas från diskussionen avseende den första utföringsformen, för det j fall att en elektrod 430 inte är avsmalnande eller inte tillräckligt avsmalnande, mäste en signal frànen infallande elektromagnetisk ljusvåg 450 som detekteras vid ett första mer ”avlägsetjtvärsnittï av .elektroden 430 färdas under längre tid At i transmissions- ledningen innan den 'när utgången 432 hos elektroden 430 jämfört med en signal som ~ detekteras ett andra tvärsnitt vid ett avstånd Ax närmare utgången 432.As can be deduced from the discussion of the first embodiment, in the event that an electrode 430 is not tapered or not sufficiently tapered, a signal from the incident electromagnetic light wave 450 detected at a first more "remote cross-section" of the electrode 430 must travel longer. time it in the transmission line before it reaches the output 432 of the electrode 430 compared to a signal which is detected a second cross-section at a distance Ax closer to the output 432.
Genom» använda _ ett fördröjningsnätverk 470 i enlighet med den fiärde utföringsfonnen avderlrla uppfinning kan Iöptiden At kompenseras med hjälp av ett lämpligt val :av material och tjocklek i fördröjningsnätverket 470. Mer precist, vid ett givet material i fördröjningsnätverket 470 väljs företrädesvis tjockleken Ayi vid ett första tvärsnitt i fördröjningsnätverket på sà sätt att den större tjockleken Aym vid ett andra 'tvärsnitt som är ett avstånd Ax närmare utgången 432 hos den första elektroden 430 ger upphov till en ytterligare fördröjning At av ankomsten för den elektromagnetiska vägen som motsvarar tiden At som det tar för en detekterad signal att färdas avståndet Ax .By using a delay network 470 in accordance with the fourth embodiment of the present invention, the duration At can be compensated by means of a suitable choice of material and thickness in the delay network 470. More precisely, in a given material in the delay network 470, the thickness Ayi is preferably selected at a first cross-section of the delay network in such a way that the larger thickness Aym at a second 'cross-section which is a distance Ax closer to the output 432 of the first electrode 430 gives rise to a further delay At of the arrival of the electromagnetic path corresponding to the time At which it takes for a detected signal to travel the distance Ax.
Följaktligen kan en första signal från en infallande elektromagnetisk våg 450 som detekteras av elektroden 430 vid ett mer avlägset tvärsnitt i hos elektroden 430 ankomma till ett närmare tvärsnitt i+ l samtidigt som en andra signal som detekteras av elektroden 430 vid sagda tvärsnitt i +1 och således summeras de nyligen detekterade signalema ifas med de tidigare detekterade. Transmissionsledningen och fördrojrllrlgsrlärverlret 476 ar konstruerade aa au detta villkor är uppfyllt för varje tvärsnitt hos elektroden 430, vilket innebär att alla signalema som detekteras längs elektroden 430 kan summeras upp i fas vid utgången 432 hos elektroden 430.Consequently, a first signal from an incident electromagnetic wave 450 detected by the electrode 430 at a more distant cross section i of the electrode 430 may arrive at a closer cross section i + 1 at the same time as a second signal detected by the electrode 430 at said cross section i +1 and thus the newly detected signals are summed ifas with the previously detected ones. The transmission line and the delay conductor 476 are designed so that this condition is met for each cross section of the electrode 430, which means that all the signals detected along the electrode 430 can be summed in phase at the output 432 of the electrode 430.
Diskussionen ska nu summeras med hjälp av formler som illustrerar de relationer som fordras för att erhålla en fördröjning/fas-matclining: 526 765 14 Utbredningshastigheten Vew för de detekterade mikrovágssignalerna i transmissions- ledningen ges av den effektiva dielektricitetskonstanten aefl hos ledningen, beroende pà dess geometri och materialparametrar.The discussion will now be summarized using formulas illustrating the relationships required to obtain a delay / phase feed cleaning: 526 765 14 The propagation velocity Vew of the detected microwave signals in the transmission line is given by the effective dielectric constant ae fl of the line, depending on its geometry and material parameters.
Vw =--- (a) Löptiden för den elektromagnetiska ljusvågen i sektion i i den koplanära i i Üfltansmissionsledningen ärr» A: -i=--*.- i ^ (4) _“'»'.-,Vm- , wo 15 20 25 »Utbredningen av optiska signaleri det optiska matchnlngsnätverket är: V=ï°- of t - <5) Pl . där n år brytningskoefficienten för det optiska matchnlngsnätverket.Vw = --- (a) The duration of the electromagnetic light wave in section ii of the coplanar ii Ü fl transmission line is »A: -i = - * .- i ^ (4) _“ '»' .-, Vm-, wo 15 20 25 »The propagation of optical signals in the optical matching network is: V = ï ° - of t - <5) Pl. where n is the refractive index of the optical matching network.
Fasmatchningsvillkoret för varje steg av det matchande nätverket är följaktligen givet som: Aym = NewiVo = c-:ll/Äfewi (6) där Aym är den tjocklek hos fördröjningsnätverket 470 som fordras för att åstadkomma en fasmatchning mellan en första signal, mottagen av elektroden 430 vid ett första steg i i det avsmalnande fördröjningsnätverltet 470 som har en tjocklek om Ayi. och andra signal som tas emot av eleklroden 430 vid ett andra steg i +l i det avsmalnande fördröjningsnätverket 470 som har en tjocklek om Aym och som är _ placerat närmare utgången 432 hos elektroden 430.Accordingly, the phase matching condition for each step of the matching network is given as: Aym = NewiVo = c-: ll / Äfewi (6) where Aym is the thickness of the delay network 470 required to effect a phase match between a first signal received by the electrode 430 in a first step ii of the tapered delay network 470 having a thickness of Ayi. and second signal received by the electrode 430 at a second step i + 1 in the tapered delay network 470 having a thickness of Aym and located closer to the output 432 of the electrode 430.
En femte exemplifierande utföringsforrn av en detektor 500 visas i fig. 7a-7B. Den femte utföríngsforrnen är densamma som den fjärde utföringsfonnen som visas i fig. 6A-6B men illustrerar att fördröjningsnåtverket 570 kan ha en stegvis eller trapp- liknande avsmalning istället för en mer triangelforrnad avsmalnlng så som visas i fig.A fifth exemplary embodiment of a detector 500 is shown in fi g. 7a-7B. The fifth embodiment is the same as the fourth embodiment shown in Figs. 6A-6B but illustrates that the delay network 570 may have a stepwise or step-like taper instead of a more triangular taper as shown in Figs.
BB. Den stegvisa avsmalnlngen kan betraktas som en tillräckligt god approximation av en triangelformad avsmalnlng som visas i fig. 6A-6B. Det står följaktligen klart att 10' "w 20 25 30 526 765 15 sagda avsmalning kan anta en rad olika tnangelformer, trappliknande forrner, stegvisa former eller andra avsmalnande former, inklusive former som har avfasade eller mndade delar/sektioner.BB. The stepwise taper can be considered as a sufficiently good approximation of a triangular taper shown in fi g. 6A-6B. Accordingly, it will be appreciated that said taper may take a variety of angular shapes, step-like shapes, stepwise shapes or other tapered shapes, including shapes having chamfered or shaped portions / sections.
En sjätte exemplifierande utföringsfonn av en detektor 600 visas i fig. 8. Den sjätte utföringsformen är en kombination av den tredje utföringsfonnen som visas ifig. 3 och den femte utfönngsforrnen som visas i fig. 7A-7B. Denna kombination illustrerar att “varje lämplig avsmalning av den första elektroden 630 och en motsvarande och lämplig forrn av den andra 'elektroden-MO kan kombineras med ett fördröjningsnätverk 670.A sixth exemplary embodiment of a detector 600 is shown in Figs. 8. The sixth embodiment is a combination of the third embodiment shown in fi g. 3 and the fifth embodiment shown in fig. 7A-7B. This combination illustrates that any suitable taper of the first electrode 630 and a corresponding and suitable shape of the second electrode MO can be combined with a delay network 670.
-Kombinationen kan vara fórdelaktig om en avsmalning av den första elektroden 630 eller ett fördröjningsnätverk 670 taget för var sig år otillräckliga för att sakta ned de signaler som detekteras fràn den infallande elektromagnetiska ijusvàgen 650 så att i signalema summeras i fas vid utgången av elektroden 630. i i Figurerna 9-11 visar en exernplifierande utföringsfonn av en sjunde detektor 700 och en åttonde detektor 800. l dessa tvà utfóringsfonner används en spegel eller en lins 780, 880 för att fokusera en infallande elektromagnetisk väg 750, 850 på detektorn 700, 800, företrädesvis pà den exponerade ytan 760. 860 hos detektom 700, 800.The combination may be advantageous if a taper of the first electrode 630 or a delay network 670 taken each year are insufficient to slow down the signals detected from the incident electromagnetic light wave 650 so that the signals are summed in phase at the output of the electrode 630. Figures 9-11 show an exemplary embodiment of a seventh detector 700 and an eighth detector 800. In these two embodiments a mirror or a lens 780, 880 is used to focus an incident electromagnetic path 750, 850 on the detector 700, 800, preferably on the exposed surface 760. 860 of the detector 700, 800.
Speglama eller linsemai780, 880 som fokuserar den 'elektromagnetiska vågen 750, 850 kan ha en sfärisk. cylindrisk fonn eller andra lämpliga former som matchar punktformen och storleken hos elektrodema 730, 830 och 740, 840 på halvledarchipet.The mirrors or lenses 780, 880 focusing on the electromagnetic wave 750, 850 may have a spherical. cylindrical shape or other suitable shapes that match the point shape and size of the electrodes 730, 830 and 740, 840 of the semiconductor chip.
Användningen av speglar eller linser 780, 880 för att fokusera en infallande elektro- magnetisk n våg 750, 850 pà detektom 700, 800 är särskilt föredraget i kommunikationssystem där två enheter (t.ex. transiverltransiver eller liknande) som är anordnade pà avstånd fràn varandra kommunicerar sändare/mottagare eller med elektromagnetiska vågor, eftersom en stràle av en elektromagnetisk vàg kommer att bli utspridd allt eftersom den färdas en viss distans, vilket innebär att vågen företrädesvis ska återfokuseras före detektering.The use of mirrors or lenses 780, 880 to focus an incident electromagnetic wave 750, 850 on the detector 700, 800 is particularly preferred in communication systems where two units (e.g. transiverl transivers or the like) are spaced apart. communicates transmitters / receivers or with electromagnetic waves, as a beam of an electromagnetic wave will be scattered as it travels a certain distance, which means that the wave should preferably be refocused before detection.
Detektorema 700, 800 som visas i fig. 9-10 är företrädesvis implementerade i en koplanär teknik liknande den i detektorema som diskuterats tidigare i samband med den första, andra och tredje utföringsfonnema som visas i fig. 1-3. I den sjunde och åttonde utföringsformen i enlighet med fig. 9-10 finns emellertid ett flertal avsmalnande första elektroder 730, 830 anordnade i ett huvudsakligen symmetriskt mönster, där sagda mönster år ett symmetriskt linjärt mönster anordnat kring en oentrumelektrod 116- 15 20 25 30 m g '\ CN w c» en 791, 891 så som i fig. 9 och 10 och/eller ett symmetriskt mönster anordnat i ett huvudsakligen cirkelformat mönster kring en centrumpunkt 892 så som i fig. 10. Vidare finns det åtminstone en andra elektrod 740, 840 anordnad mellan och intill varje par av första elektroder 730, 830, där en exponerad yta 160 av lagret äranordnat mellan elektrodema 730, 830 och 740, 840, så att en elektrod 730, 830 separeras från en annan elektrod 740, 840. Det står klart att en utföringsforrn kan anta en mängd olika symmetriska mönster utan att awika från en balanserad detektor i enlighet med 'A uppfinningen) _' ilmoedansen av denu(i É 1) 'sektom av centrumelektroden 791 i fig. 9 ges av: ¿ lz,-,,,-= Z,-ï/3. där 1:1, i lmpedansen för. den koplanåra centrumelektroden 891 ifig. 10 ges av: '" g Z ä Z,- ln, där n ärfaliiaiet sékiófeiekifodef aso ucn i=1, 2 Detektorema 700, 800 som visas i fig. 9-10 är balanserade för att reducera 'brussignaien De detekterade nyttiga signalema är korrelerade och uppsummerade i fas, vilket ökar bandbredden och utgàngssignalen från detektom 700, 800. Eventuella brussignaler detekteras emellertid av elektrodema 7-30, 830 som är anordnade på motsatta sidor av centrumelektroden 791 ochleller centrumpunkten 892 så som ifig. 10 och de år inte korrelerade. Därför tar de delvis ut varandra.Detectors 700, 800 shown in fi g. 9-10 are preferably implemented in a coplanar technique similar to that of the detectors discussed earlier in connection with the first, second and third embodiments shown in fig. 1-3. In the seventh and eighth embodiments according to fi g. 9-10, however, there are a number of tapered first electrodes 730, 830 arranged in a substantially symmetrical pattern, said pattern being a symmetrical linear pattern arranged around a centrifuge electrode 116- 15 20 25 30 mg '\ CN wc »en 791, 891 such as i fi g. 9 and 10 and / or a symmetrical pattern arranged in a substantially circular pattern around a center point 892 as in fi g. Furthermore, there is at least one second electrode 740, 840 disposed between and adjacent each pair of first electrodes 730, 830, an exposed surface 160 of the bearing being disposed between the electrodes 730, 830 and 740, 840, so that an electrode 730, 830 is separated from another electrode 740, 840. It is clear that an embodiment can assume a variety of symmetrical patterns without deviating from a balanced detector in accordance with the 'A invention' - the ilmoedance of the denu (in É 1) 'sector of the center electrode. 791 i fi g. 9 is given by: ¿lz, - ,,, - = Z, -ï / 3. where 1: 1, in the impedance of. the coplanar center electrode 891 in fi g. 10 is given by: '"g Z ä Z, - ln, where n ärfaliiaiet sékiófeiekifodef aso ucn i = 1, 2 The detectors 700, 800 shown in fi g. 9-10 are balanced to reduce the' noise signal 'The detected useful signals are correlated and summed in phase, which increases the bandwidth and the output signal from the detector 700, 800. However, any noise signals are detected by the electrodes 7-30, 830 which are arranged on opposite sides of the center electrode 791 and / or the center point 892 as in fi g. 10 and are not correlated. Therefore, they partially cancel each other out.
En nionde utföringsform av en detektor 900 visas i fig. 11. Den nionde utföringsforrnen är densamma som den balanserade åttonde utföringsforrn som visas i fig. 10. I den nionde utföringsforrn har emellertid ett fördröjningsnät 970 anordnats pà elektrodema 930, 940 på ett liknande sätt som diskuterats i samband med den fjärde, femte och sjätte utföringsformema som visas ifig. 6-8. Fördröjningsnätet 970 som illustreras i fig. _ 11 är etttransparent och stegvis avsmalnande cylindriskt nät. Andra utföringsforrner kan emellertid fordra ett fördröjningsnät 970 som har någon annan form beroende på formen av elektrodema. Fonnen av ett fordröjningsnät 970 kan t.ex. vara kvadratiskt, rektangulärt, cirkulärt, ovalt, en cirkelsektor, en tnangulärt o.s.v., innefattande former som har avfasade eller rundade delar/sektioner. I 010 526 7s5i 17 Denna kombination illustrerar att en balanserad detektor A900 med en första elektrod 930 av lämplig fonn (avsmalnande eller ej) och en andra elektrod 940 med en motsvarandeoch lämplig form kan kombineras med ett fördröjningsnätverk 970. En kombination kan vara särskilt fördelaktig om en avsmalning av den första elektroden 930 eller nätverket 970 var för sig är otillräckliga för att sakta ned signalema som detekteras från den infallande elektromagnetiska vågen 950, så att signalerna summeras upp i faslvid utgången av elektroden 930. i lïïÄveni om den' föreliggande uppfinningen har beskrivits i ljuset av exemplifierande ska det klargöras att uppfinningen inte är begränsad till dessa I ._ uiiföringsfonner, »Tvårt om, uppfinningen innefattar alla tänkbara variationer, * substitulioner och förändringar som täcks av det skydd som definieras av de bifogade kraven. 1-0 15 20 18 Hånvisningsbetecknlngar 100, 200. 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 11o,a1o,41o,s1o,e1o 12o,a2o,42o,s2o.e2o 130,2ao,a3o,4ao,sso,aao,7ao,sso,9ao 1a1,231¿sa1;4a1¿sai;sa1'- 132;2s2,332,4s2,5a2,ss2 14o,240.34p,44o,s4o;§4o,74o,s4o,94o 150.250,a5o,4so,5sb,7so,aso,eso 1eu,2sd,36o,46o;5§Q;sso,750,eso,9so 47o,s1o,a1o,970 'i 1ao,aao.9ao 191,s91,991,992 a92,992 Detektor för detekteríng av elektromagnetisk strålning.A ninth embodiment of a detector 900 is shown in fi g. 11. The ninth embodiment is the same as the balanced eighth embodiment shown in fig. 10. In the ninth embodiment, however, a delay network 970 has been provided on the electrodes 930, 940 in a manner similar to that discussed in connection with the fourth, fifth and sixth embodiments shown in fig. 6-8. The delay network 970 illustrated in fi g. 11 is a transparent and gradually tapered cylindrical mesh. However, other embodiments may require a delay network 970 which has a different shape depending on the shape of the electrodes. The form of a delay network 970 can e.g. be square, rectangular, circular, oval, a sector of a circle, a tangular, etc., comprising shapes having beveled or rounded parts / sections. This combination illustrates that a balanced detector A900 having a first electrode 930 of suitable shape (tapered or not) and a second electrode 940 having a corresponding and suitable shape can be combined with a delay network 970. A combination may be particularly advantageous if a taper of the first electrode 930 or the network 970 alone are insufficient to slow down the signals detected from the incident electromagnetic wave 950, so that the signals are summed up in phase at the output of the electrode 930. In addition, if the present invention has been described, In the light of exemplary terms, it should be clarified that the invention is not limited to these I. 1-0 15 20 18 Reference numerals 100, 200. 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 11o, a1o, 41o, s1o, e1o 12o, a2o, 42o, s2o.e2o 130,2ao, a3o, 4ao, sso, aao, 7ao, sso, 9ao 1a1,231¿sa1; 4a1¿sai; sa1'- 132; 2s2,332,4s2,5a2, ss2 14o, 240.34p, 44o, s4o; §4o, 74o, s4o, 94o 150.250, a5o, 4so, 5sb, 7so, aso, eso 1eu, 2sd, 36o, 46o; 5§Q; sso, 750, eso, 9so 47o, s1o, a1o, 970 'i 1ao, aao.9ao 191, s91, 991,992 a92,992 Detector for detecting electromagnetic radiation.
Substrat Lager Första elektrod Första ända Andra ända (utgång) Andra elektrod lnfallande våg av elektro- magnetisk strålning.Substrate Bearing First electrode First end Second end (output) Second electrode Incident wave of electromagnetic radiation.
Exponerad yta Fördröjningsnätverk Lins I Spegel Centrumelektrod CentrumpunktExposed surface Delay network Lens In Mirror Center electrode Center point
Claims (2)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0302577A SE526765C2 (en) | 2003-09-26 | 2003-09-26 | A detector for detecting electromagnetic radiation |
| EP04775344A EP1673601A1 (en) | 2003-09-26 | 2004-08-30 | A detector for detecting electromagnetic radiation |
| PCT/SE2004/001238 WO2005031289A1 (en) | 2003-09-26 | 2004-08-30 | A detector for detecting electromagnetic radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0302577A SE526765C2 (en) | 2003-09-26 | 2003-09-26 | A detector for detecting electromagnetic radiation |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE0302577D0 SE0302577D0 (en) | 2003-09-26 |
| SE0302577L SE0302577L (en) | 2005-04-15 |
| SE526765C2 true SE526765C2 (en) | 2005-11-01 |
Family
ID=29246986
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE0302577A SE526765C2 (en) | 2003-09-26 | 2003-09-26 | A detector for detecting electromagnetic radiation |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1673601A1 (en) |
| SE (1) | SE526765C2 (en) |
| WO (1) | WO2005031289A1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE0402435L (en) | 2004-10-08 | 2006-04-09 | Trajan Badju | Process and system for generating three-dimensional images |
| JP5254454B2 (en) | 2008-11-12 | 2013-08-07 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） | Improved large area photodetector |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2773730B2 (en) * | 1996-03-07 | 1998-07-09 | 日本電気株式会社 | Photoconductive infrared detector |
| JP4064564B2 (en) * | 1999-03-29 | 2008-03-19 | 住友大阪セメント株式会社 | Optical waveguide device |
-
2003
- 2003-09-26 SE SE0302577A patent/SE526765C2/en not_active IP Right Cessation
-
2004
- 2004-08-30 WO PCT/SE2004/001238 patent/WO2005031289A1/en active Application Filing
- 2004-08-30 EP EP04775344A patent/EP1673601A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1673601A1 (en) | 2006-06-28 |
| WO2005031289A1 (en) | 2005-04-07 |
| SE0302577L (en) | 2005-04-15 |
| SE0302577D0 (en) | 2003-09-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1877847B1 (en) | Semiconductor waveguide-based avalanche photodetector with separate absorption and multiplication regions | |
| EP1716596B1 (en) | Silicon-based schottky barrier infrared optical detector | |
| CN104025315B (en) | Avalanche photodide with low breakdown voltage | |
| JP2661795B2 (en) | Monolithically integrated optical delay network for antenna beam steering | |
| US8975584B2 (en) | Improved-efficiency fibre-coupled terahertz system | |
| US7065271B2 (en) | Optical grating coupler | |
| FR2908931A1 (en) | Integrated antenna for e.g. medical diagnosis, has planar wave guide, whose conductive strips are formed on upper surface of substrate and are respectively connected to conductive ribbon and to conductive ground plane | |
| US20130039614A1 (en) | Ultra-compact photodetector on an optical waveguide | |
| WO2008115194A2 (en) | Soi-based inverse nanotaper optical detector | |
| JP3923471B2 (en) | Method and apparatus for phase shifting an optical beam on a semiconductor substrate | |
| KR101868147B1 (en) | Integrated antenna device module for generating terahertz continous wave and fabrication method thereof | |
| SE526765C2 (en) | A detector for detecting electromagnetic radiation | |
| Berger | MSM photodiodes | |
| CN108039540B (en) | Microwave signal on-off control method based on photoelectric detector and light-operated microwave switch | |
| EP0435739A1 (en) | Magic microwave source and its application in an antenna with electronic scanning | |
| US7847236B2 (en) | Fresnel antenna | |
| JP2008089778A (en) | Optical device and optical device manufacturing method | |
| Naimullah et al. | Analysis of the effect of haze on free space optical communication in the Malaysian environment | |
| CN209460452U (en) | Laser aligner and laser system | |
| Daneshmandi et al. | A new high performance MSM hybrid plasmonic photodetector based on nanogratings and dual mode horn shape waveguide | |
| EP3598876B1 (en) | Optical pulse clipper for lidar | |
| CN113284963B (en) | Interdigital guided mode photoelectric detector | |
| GB2394598A (en) | Reducing the number of stray charge carriers within an optical waveguide | |
| JP7248146B2 (en) | Light receiving device and manufacturing method thereof | |
| US20030213895A1 (en) | Optical power and performance monitoring of a PLC chip using sensors mounted on the chip |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |