奈米結構之光波導光偵測器的研究

Abstract

鑑於光學積體電路具備降低製造成本及大幅縮小整體系統體積的優勢，光子元件整合成為未來在大型積體光學應用及光學系統上很重要的科技。其中在這些應用或系統裡，連結光系統與電系統訊號的積體光偵測器是不可或缺的元件，且其特性在整體的功效表現上扮演著決定性重要的角色。目前文獻裡設計的或是市面上已開發的光偵測器由於受到本身製作結構的限制，在特性上很難同時滿足以下這些功能：高量子效率、快速度及小體積。隨著奈米科技發展愈趨於發達與完善，結合奈米結構的光電元件不僅於製作上成為可能，其光與結構之間互相耦合的獨特性質也成為日後光電元件設計的重心。所以在這計畫裡，首先我們想利用奈米結構與光波導間電場向量的交互作用，探討其高發射電流密度與邊耦合型波導光偵測器相互的作用與結合，來開發可同時滿足上述三者特質的新穎PIN光偵測器。針對邊耦合型波導光偵測器的快速度特性以及於製作整體積體電路時可單石積成地與基底上的任意光子電路元件整合，期可於幾百甚至幾十μm的元件長度下獲得趨近於1的整體量子效率。除此之外，在完整地開發設計理論之後，我們使用此設計理論研製一工作於1550 nm波長的光偵測器並且量測這元件以驗證與比較結果。於文獻裡，目前相關研發波導型光偵測器與奈米光學結合的尚未發現，個人認為如此整合性元件開發對於日後的光學積體電路將是一大突破。