[发明专利]一种激光选择聚焦器件及其设计方法

说明书

技术领域

本专利涉及光电探测器元器件技术，具体是指一种利用干涉效应对激光进行选择性聚焦的器件及其设计方法，它用于制作激光通信中的激光选择聚焦器件。

背景技术

不论是对于光纤通信，自由空间通信，还是对于激光主动探测，尤其随着量子通信的发展，高灵敏、高信噪比的探测器技术都是至关重要的。为了降低器件的暗电流，一般通过减小器件的面积，但是器件光敏面的减小会削弱与前端光学系统的耦合效率，造成器件响应的降低。由于激光在大气传输过程中的衰减、光束发散和漂移，致使接收器接收到的激光信号非常微弱，同时，由于较强的天空背景噪声的存在，微弱的激光信号往往淹没在背景光形成的噪声之中。为了准确的捕获激光信号，获得较高的信噪比，接收系统往往需要使用超窄的带通滤光片来有效地抑制天空背景噪声的干扰。但是滤光片在衰减背景能量的同时，也降低了信号能量，一般为20％至80％，同时光谱滤波系统一般也比较复杂、烦琐。因此，任何一种能够直接过滤接收信号中的背景光，直接提取激光信号的接收方法都是很有技术价值的。发明一种能够省略滤光片直接过滤背景光，提取激光信号，同时具有较大光接收面积的探测器技术对于激光通信则是有着更为重大的技术意义。

发明内容

本专利的目的就是提出一种能够显著削弱接收信号中的背景噪声，直接提取激光信号并对激光信号进行聚焦，同时能够等效地扩大了探测器件的有效光敏面积，提高系统信噪比的光电探测器件。

本专利的目的是这样实现的：

利用普通生长技术生长光电探测器，通过普通制备工艺制备光电探测器，包括台面、上下电极制备等。为了得到尽可能小的暗电流与尽可能大的器件响应速率，光电探测器的实际光敏面应尽可能的小，一般为几十微米。

制备激光选择性透镜，可以通过如下两种方法制备：

一.在载玻片(宝石片或者玻璃片等)上按照菲涅尔波带片原理蒸镀金属，形成明暗环。将承载明暗环的载玻片置于半导体光电探测器前方，使两者的间距正好等于菲涅尔波带片的焦距。

二.对制备好的光电探测器的衬底进行减薄抛光处理，直至衬底厚度满足焦距要求，在处理好的衬底上按照菲涅尔波带片原理蒸镀金属，形成明暗环。

在此，我们可以根据载玻片离光电探测器的距离或者衬底的厚度来决定菲涅尔波带片的焦距(主焦点距离波带片的距离)，根据确定好的焦距、激光波长来确定菲涅尔波带片的明暗环的半径大小。菲涅尔波带片明暗环的环数需要取得比较多，从而形成整个菲涅尔波带片的面尺寸线度远大于本底背景光的相干长度(约几微米到几十微米)，如取到1毫米左右乃至更大，在可能的条件下尽可能取得大些，因为激光的相关长度往往可以达到米的量级。对于一个按要求制备好的固定结构尺寸的菲涅尔波带片，只有特定波长的激光才能在光电探测器上聚焦。在此，为了增强前端光学系统与探测器的耦合效率，因为已经将菲涅尔波带片的直径设置的很大，可以为毫米量级，这样整个接收器件的有效光敏面就被极大的提高，可以按面积比将光电探测器的响应至少提高2个数量级。然而这样的聚焦过程形成的探测器光敏元等效面积扩大仅对于相关长度长的激光有效，对于本底背景光由于相干长度小，聚焦作用已经不能实现了，所以对于本底背景光探测器光敏元的等效面积没有增加，相反由于菲涅尔波带片上金属环还挡去了部分本底背景光，所以本底背景光的影响被进一步减小了。

本专利的核心是在普通的光电探测器上通过外置或者在衬底上按照菲涅尔波带片原理蒸镀金属明暗环，从而形成了一个具有较大光敏面、可以过滤杂散光、选择性吸收激光并对其有聚焦性能的光电探测器。为了便于说明，下面以1.5微米波长的激光选择聚焦器件为例加以说明。