26.04.2022
Новые мощные сверхвысокочастотные (СВЧ) фотодиоды способны «выдавать» быстроменяющийся ток большой мощности, преобразуя его из высокочастотного лазерного излучения. Технология передачи информации, в которой применяются СВЧ-фотодиоды, относится к радиофотонным и позволяет транслировать СВЧ-сигнал на большие расстояния по оптоволокну практически без потерь и не требует преобразований сигнала вида «аналог-цифра».
Технические характеристики разработанных устройств аналогичны характеристикам компонентов, производимых за рубежом (в США).
Результаты работы коллектива исследователей Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) и Государственного научно-производственного объединения «Оптика, оптоэлектроника и лазерная техника» Национальной академии наук Беларуси (НАНБ) удостоены 21 апреля премии имени академика Коптюга и опубликованы в журналах Journal of semiconductors, «Журнале технической физики» и других изданиях.
Волоконно-оптические линии связи (оптоволокно) используются повсеместно: в первую очередь, для предоставления широкополосного кабельного интернета и передачи данных сотовой связи. Обычно, мы встречаемся с трансляцией именно цифрового сигнала по оптоволокну.
Однако передача аналоговых высокочастотных сигналов на большие расстояния нужна для решения ряда задач спутниковой связи (связи наземных антенн с центром управления), многоканального телевещания (трансляции больших мероприятий, соревнований), синхронизации сетевого времени (при проведении финансовых операций, биржевой торговле, в центрах обработки данных).
Радиофотонная технология нового поколения Radio Over Fiber (радио-по-волокну) не требует преобразования радиочастотного сигнала в цифровой. Она обеспечивает широкую полосу пропускания (от 10 гигагерц и выше), что эквивалентно передаче десятков-сотен гигабит в секунду на расстояния до ста километров.
Основные компоненты системы передачи данных ― оптоволоконная линия, полупроводниковый лазер, модулятор и фотодиод. Лазер передает информацию по оптоволокну. Модулятор «настраивает» характеристики лазерного луча в соответствии со свойствами входного радиосигнала. Фотодиод, на выходе линии передачи, преобразует оптический сигнал в электрический для подачи конечному пользователю.
«К фотодиоду предъявляются большие требования: ему предстоит, во-первых, выдавать ток большой мощности (десятки-сотни милливатт), во-вторых, ток должен быть быстроменяющийся, следуя за характеристиками лазерного излучения (диапазон частот 10-50 гигагерц). Важно одновременное выполнение двух требований, и его получить значительно сложнее, чем каждого отдельно», ― говорит один из авторов исследования, старший научный сотрудник ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Александр Михайлович Гилинский.
Разработка конструкции фотодиодов проводилась совместно специалистами НАНБ и ИФП СО РАН, а технология их изготовления была разработана в ИФП СО РАН. Технология сложна и включает 14 этапов, один из важнейших среди них ― синтез многослойной полупроводниковой структуры методом молекулярно-лучевой эпитаксии.
«Полупроводниковая гетероструктура синтезируется на основе твердых растворов индий-галлий-мышьяк и индий-алюминий-мышьяк (InGaAs/InAlAs) на подложке фосфида индия (InP). Тонкие (в десятки и сотни нанометров) слои отличаются по составу — во время синтеза варьируются соотношения молекулярных потоков металлов: индия, галлия и алюминия. Это определяет свойства каждого слоя: поглощающего, барьерного, варизонного. Все вместе они работают так, чтобы фотодиод мог уловить максимальное количество фотонов, быстро и эффективно преобразовать их в носители заряда, при этом минимизировав токи утечки», ― объясняет Александр Гилинский.
ИФП СО РАН
Нет комментариев