光探測器的案例
基于聚合物的紅外光探測器的設計與表征
【引言】
紅外光探測器在很多領域都有重要的應用，包括監控系統、通訊、過程監控和生物成像。短波段的紅外光在健康追蹤和醫療診斷中具有很實際的應用，因為生物組織對這種波段的光具有較弱的吸收和自熒光，以及紅外光相對于可見光具有更強的組織穿透能力和更高的分辨率。目前為止，大多數紅外光探測器都是基于無機半導體。這些探測器具有價格昂貴、制程復雜以及較難在可穿戴設備上得到應用的缺點。可溶液加工的半導體被應用于紅外探測器中，可實現直接沉積、單片集成和利用現有技術無法實現的分辨率。除此之外，有機半導體還有諸多優點，包括溫度穩定性、生物穩定性和大面積形貌覆蓋。
【成果簡介】
美國加州大學圣地亞哥分校的科學家在Acc. Chem. Res.上，發表了題為"Emerging Design and Characterization Guidelines for Polymer-Based Infrared Photodetectors"的綜述。這篇綜述介紹了有機光探測器領域近年來的發展與進步。依靠有機太陽能電池的研究在過去十年中的迅速發展，高效率的可見光-近紅外有機光探測器也得到了發展。然而，可吸收紅外光的光探測器并不多，目前只有幾種有機材料可以實現1 μm的光電流。文章總結了幾種新型的小分子和聚合物，并討論了發展窄帶隙光探測器所遇到的瓶頸。
【圖文導讀】
Figure
1.
近紅外生物成像
(a).不同生物組織的吸收光譜
(b).不同波長的小鼠腦部熒光成像
(c).探測能力隨溫度的變化
Figure
2.
展開 山東大學張懷金Adv. Mater.：寬波段光敏外爾半金屬單晶—TaAs
【引言】
可以將光信號轉化為電信號的光探測器，在100多年前就吸引了相關領域科研工作者的興趣。具有寬帶光響應的光探測器的光響應范圍，可從紫外光到可見光，再到近紅外，甚至太赫茲，在很多領域都有應用，比如成像、檢測、光通信、可穿戴設備和光電記憶等。根據光電探測理論，當入射光的能量大于半導體的帶隙時，電子可從價帶激發到導帶，從而實現光響應。目前基于窄帶隙半導體的光探測器已經有很多，可用來探測寬帶光，比如中紅外光子。然而，對于帶寬小于中紅外光子的半導體，室溫下的載熱會產生大量暗電流，遠大于光產生的電流，因而限制了這類光檢測器的應用。
【成果簡介】
近日，山東大學張懷金教授（通訊作者）報導了一種外爾半金屬TaAs。這種光探測器可在室溫下實現寬波段的光響應，從可見光區域到長紅外區域。這個工作也說明外爾半金屬TaAs可促進現代光電設備的發展。該成果以題為"A Wide-Range Photosensitive Weyl Semimetal Single Crystal—TaAs"發表在Adv. Mater.上。
展開 用于光波導耦合光柵評估的自定義探測器
用于光波導耦合光柵評估的自定義探測器
摘要 生成一個自定義探測器來計算一維周期結構的衍射效率，這是一個用戶定義范圍內入射方向的函數。根據效率，可以在定義的視場內評估衍射效率的平均值和對比度，并且可以用于定義優化函數以便進行可能的參數優化。
建模任務
任務：
生成探測器來評估給定視場（FOV）的波導耦合光柵的性能（平均效率，均勻性）。 探測器可用于分析透射或反射模式下的指定衍射級。
視場（FOV）的定義
調用傅里葉模態法（FMM）
使用探測器幫助瀏覽輸入參數 探測器結果的評估
作為結果，探測器會根據對特定衍射級次m作為一組平面波入射方向的函數的效率，來計算平均效率和均勻對比度。 均勻對比度(或誤差)由下式計算 計算值在VirtualLab Fusion的探測器結果中顯示。
矩形光柵的波導耦合分析 文件信息
展開 VirtualLab之光波導系統的均勻性探測器
為了在設計過程中測量和優化橫向均勻性，VirtualLab Fusion提供了一個均勻性檢測器，為此類研究提供工具。在本文檔中，我們演示了均勻性檢測器的配置選項。
這個使用用例展示了…
均勻性檢測器
均勻性檢測器的編輯對話框
探測器功能：相干參數
探測器功能：光瞳參數
探測器功能：光瞳位置
基于中心射線的光瞳位置示例
基于光瞳在網格上的位置的光瞳位置的示例
均勻性檢測器輸出
均勻度檢測器圖輸出
均勻性檢測器輸出示例
文件信息
更多閱覽
-帶有光導元件的“HoloLens 1”型布局的建模
-光導布局設計工具
-k域布局可視化
-1D-1D擴瞳器和實光柵對光導的模擬
-圖形加載項
展開 
[VirtualLab] 用于光波導耦合光柵評估的自定義探測器
摘要
生成一個自定義探測器來計算一維周期結構的衍射效率，這是一個用戶定義范圍內入射方向的函數。根據效率，可以在定義的視場內評估衍射效率的平均值和對比度，并且可以用于定義優化函數以便進行可能的參數優化。
建模任務
任務：
生成探測器來評估給定視場（FOV）的波導耦合光柵的性能（平均效率，均勻性）。
探測器可用于分析透射或反射模式下的指定衍射級。
視場（FOV）的定義
調用傅里葉模態法（FMM）
使用探測器幫助瀏覽輸入參數
探測器結果的評估
作為結果，探測器會根據對特定衍射級次m作為一組平面波入射方向的函數的效率，來計算平均效率和均勻對比度。
均勻對比度(或誤差)由下式計算
計算值在VirtualLab Fusion的探測器結果中顯示。
矩形光柵的波導耦合分析
文件信息
展開 用于光波導耦合光柵評估的自定義探測器
生成一個自定義探測器來計算一維周期結構的衍射效率，這是一個用戶定義范圍內入射方向的函數。根據效率，可以在定義的視場內評估衍射效率的平均值和對比度，并且可以用于定義優化函數以便進行可能的參數優化。
摘要
華南理工大學黃飛/張凱等AFM：在疊層有機太陽電池方面取得新進展
：通過調控Frenkel激子解離實現高性能自濾光窄帶有機光探測器
華南理工大學黃飛教授團隊：氧雜鎓鹽二次摻雜PEDOT:PSS實現高效有機光伏器件
華南理工大學黃飛教授和應磊研究員：使用綠色添加劑實現高效厚膜全聚合物太陽電池
華南理工大學黃飛教授和應磊副教授：基于萘[1,2-c:5,6-c]二[1,2,5]噻二唑共軛聚合物的高效光探測器
華南理工大學葉軒立教授、黃飛教授團隊研發可隔熱控溫、可發電節能的新型光伏窗戶薄膜
華南理工大學黃飛教授課題組：基于萘二并噻二唑的高效厚膜活性層材料的光伏性能研究
華南理工大學黃飛教授: n-型自摻雜小分子界面材料用于高效有機太陽電池
華南理工黃飛教授課題組：基于Diels-Alder反應的可交聯空穴傳輸材料的合成及其在聚合物發光二極管中的應用
華南理工大學段春暉課題組《Adv. Energy Mater.》：發展了一個構筑高性能聚合物太陽電池的新型多功能砌塊
高分子科技原創文章。
展開 ：n-型晶體管材料在有機光伏和光探測器件中的成功應用
有機太陽能電池和有機光探測器由于具有質輕、柔性、可溶液加工和光譜易于調節等優點而展示出良好的商業應用前景。在很長一段時間里，全聚合物太陽電池（all-PSCs）和全聚合物光探測器（all-PPDs）由于受到高性能聚合物受體的相對缺乏和活性層形貌難以調控的限制，器件性能遠落后于小分子受體體系。因此，發展合適的聚合物受體和調控理想的共混形貌是實現高性能all-PSCs和all-PPDs的關鍵。
近日，華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室段春暉教授課題組聯合東莞理工學院趙雁飛博士、南密西西比大學顧曉丹教授、天津大學葉龍教授在Chemistry of Materials上發表最新研究成果“High-Performance All-Polymer Solar Cells and Photodetectors Enabled by a High-Mobility n-Type Polymer and Optimized Bulk-Heterojunction Morphology”。該工作將應用于有機場效應晶體管（OFETs）的高遷移率n-型聚合物PNDI-DTBT（圖1a）作為聚合物受體引入all-PSCs和all-PPDs中，選用了三種不同化學結構的聚合物給體PBDB-T、J51和PCE10（圖1b）與其搭配，通過形貌調控基于PBDB-T的all-PSCs實現了8.5%的能量轉換效率，all-PPDs實現了1.32 × 10-8 A cm-2的暗電流和4.77 × 1012 Jones的比探測率（-0.1 V偏壓下），優異的器件性能展示出高遷移率n-型聚合物在有機光伏和光探測器領域的巨大應用潛力。
展開 基于Optsim Circuit和OptoDesigner設計QPSK收發器光子集成芯片
硅光芯片是當前情況下非常熱的一個主題。隨著中美關系的惡化，光子集成芯片的設計也成為目前的一個“卡脖子”技術。本文主要說明如何用OptSim Circuit和OptoDesigner兩款軟件，進行數據中心常用的QPSK收發器光子集成芯片設計。
圖1：QPSK發射端的設計示意圖
如圖1 所示，QPSK發射端主要由分束器，馬赫-曾德爾調制器，相位調制器等組成。
圖2：OptSim Circuit中發射端的原理圖設計
圖2是在OptSim Circuit軟件中，實現的QPSK發射端的原理圖設計。設計中各個單元器件均來自Tower Semiconductor的PDK套件。
圖3：QPSK接受端的設計示意圖
如圖3所示，QPSK接受端主要由方向耦合器，光探測器，相位調制器等組成。
圖4：OptSim Circuit中的接收端原理圖設計
圖4是在OptSim Circuit軟件中，實現的QPSK接收端的原理圖設計。設計中各個單元器件均來自Tower Semiconductor的PDK套件。
圖5：OptSim Circuit中的QPSK測試平臺
為了仿真QPSK的性能，在OptSim Circuit中搭建了如圖5所示的測試平臺。如圖6所示，眼圖非常清晰。
圖6：OptSim Circuit中的QPSK仿真的眼圖結果
仿真驗證無誤之后，OptoDesigner 將對應的版圖做出（如圖7所示）。得到的版圖布局直接可以通過foundry去流片獲取芯片。
圖7：OptoDesigner中的版圖布局
本文只是光子集成芯片的一個范例。如有其它關于光子集成芯片的需求，歡迎通過微信公眾號聯系我們。
展開 聚焦 | 擬上科創板！砷化鎵襯底廠商通美晶體已進行上市輔導
公司主要從事包括砷化鎵、磷化銦等在內的Ⅲ-Ⅴ族化合物及單晶鍺半導體襯底材料的制造，產品主要應用于無線光纖通訊、紅外光學、射線及光探測器、航天太陽能等領域。
自成立以來，通美晶體從總部AXT引進居世界領先地位的垂直梯度冷卻晶體生長技術（VGF）、無刀痕線切割工藝、超平整機械化學拋光工藝、超潔凈表面清洗技術、無玷污包裝技術及超薄高強度鍺芯片（太空日光能電源專用）的加工等多項生產工藝及技術。
光纖傳感器特性應用領域詳解
下面工采網小編和大家通過本文一起看看光纖傳感器的相關知識。
光纖傳感器能夠將被測對象的狀態轉變成可被觀測的光信號，在經過光纖送入光探測器，經解調后，獲得被測參數。由于光纖天生就具備有較多優異的性能，因此光纖傳感器的優點也是較為明顯的與傳統式的各種傳感器相比，光纖傳感器用光當作敏感信息的載體，用光纖當作傳遞敏感信息的媒質，有著光纖及光學測量的特點，有多方面獨特的優點。電絕緣性能好，抗電磁干擾能力強，非侵入性，高靈敏度，非常容易實現對被測信號的遠距離監控，抗腐蝕，防爆，光路有可撓曲性，有利于與計算機聯接。 因此深受得傳感器使用者們的青睞。
目前，該技術尤其適用于隧道、地下管網、橋梁、電纜溝、大壩、邊坡、建筑、地鐵、國家電網等工程領域，安裝快速，施工期短，施工量小，可大幅度減少施工費用，上百公里監測范圍內全部為無源光纜作為傳感端，無需布設任何傳感器，可靠性高，耐高低溫耐電磁輻射、耐高壓、耐腐蝕環境，壽命長達數十年，后期維護簡便，甚至免維護。
城市建設中橋梁、大壩、油田等領域光纖傳感器可預埋在混凝土、碳纖維增強塑料及各種復合材料中，用來測試應力松弛、施工應力和動荷載應力，因此評估橋梁短期施工階段和長期營運狀態的結構性能。 工采網提供的加拿大FISO 光纖應變傳感器 光纖傳感器 - SFO-W主要針對土木工程應用，如水壩、橋梁、隧道和其他結構的監控。因SFO-W光纖應變傳感器具備尺寸小、精度高、不受EMI/RFI干擾、耐腐蝕和耐高溫的特點。如今，制造商、土木建筑設計者和研發工程師們可能需要通過監控土木結構的性能來改善結構技術。
在一段時間內監控特定的性能將幫助提高結構的安全性和耐久性。
展開 
水中污染物持續增加，水質監測設備市場迎來重大發展
最后推薦兩款應用在水處理檢測的水質傳感器，由工采網從國外引進的水質PH傳感器 - S290C系列，水質PH傳感器PH3合1電極，包含PH測量電極，參比電極，和溫度補償探頭（ATC）。它的功能和3個分離的電極是一樣的。是一種創新的電極樣式，并使用簡單，滿足各種儀器使用。廣泛應用于過程技術與監測、造紙、塑料化工、煅燒廠、水處理、污水、冷卻水等。
最后是濁度傳感器 - WQ730B，全球水的WQ730濁度傳感器是一個高度精確的潛水儀器現場環境或過程監控。申請WQ730包括:水質測試和管理、河流監測、流測量,水庫水質測試,地下水測試、水和廢水處理,廢水和工業控制。濁度傳感器檢測到的光強度是直接與水的濁度成正比。WQ730利用第二個光探測器為光強度變化,正確的顏色變化,小鏡頭污染。
展開 華南理工大學黃飛教授課題組：有機雙自由基苯并雙噻二唑助力實現高透明度N型自摻雜共軛聚電解質
：通過調控Frenkel激子解離實現高性能自濾光窄帶有機光探測器
華南理工大學黃飛教授團隊：氧雜鎓鹽二次摻雜PEDOT:PSS實現高效有機光伏器件
華南理工大學黃飛教授和應磊研究員：使用綠色添加劑實現高效厚膜全聚合物太陽電池
華南理工大學黃飛教授和應磊副教授：基于萘[1,2-c:5,6-c]二[1,2,5]噻二唑共軛聚合物的高效光探測器
華南理工大學葉軒立教授、黃飛教授團隊研發可隔熱控溫、可發電節能的新型光伏窗戶薄膜
華南理工大學黃飛教授課題組：基于萘二并噻二唑的高效厚膜活性層材料的光伏性能研究
華南理工大學黃飛教授: n-型自摻雜小分子界面材料用于高效有機太陽電池
華南理工黃飛教授課題組：基于Diels-Alder反應的可交聯空穴傳輸材料的合成及其在聚合物發光二極管中的應用
華南理工大學段春暉課題組《Adv. Energy Mater.》：發展了一個構筑高性能聚合物太陽電池的新型多功能砌塊
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展開 高速光耦的工作原理以及應用
高速光耦一般由三部分組成：光的發射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅動發光二極管（LED），使之發出一定波長的光，被光探測器接收而產生光電流，再經過進一步放大后輸出。這就完成了電—光—電的轉換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。
高速光耦是一種把發光器件和光敏器件封裝在同一殼體內，中間通過電→光→電的轉換來傳輸電信號的半導體光電子器件。其中，發光器件一般都是發光二極管。而光敏器件的種類較多，除光電二極管外，還有光敏三極管、光敏電阻、光電晶閘管等。高速光耦可根據不同要求，由不同種類的發光器件和光敏器件組合成許多系列的光電耦合器。
比較器A1將ZDl(結點A)的參考電壓和通過分壓電路R7和R8的輸出電壓進行比較，因而控制Q2的導通狀態，可以定義發光二極管D1的電流和通過光耦合在光敏晶體管Q1的集電極電流。然后Q1定義脈沖寬度和輸出電壓，補償任何使輸出電壓改變的傾向。
隨著光電耦合器的使用時間增加和傳輸比即增益的下降，為了防止控制失靈，給Q2提供充足的驅動電流裕量是很有必要的。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達林頓型、集成電路型等。（外形有金屬圓殼封裝，塑封雙列直插等）。
在光電耦合器內部，由于發光管和受光器之間的耦合電容很小（2pF以內）所以共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。
光電耦合器的輸出特性是指在一定的發光電流IF下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流IC之間的關系，當IF=0時，發光二極管不發光，此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當IF>0時，在一定的IF作用下，所對應的IC基本上與VCE無關。
展開 基于OptiSystem的高速遠距離光纖通信系統研究
經過小于60km的光纖中傳輸后，光信號的誤碼率接近于0。而隨著光纖傳輸距離的增加，誤碼率逐漸上升，在600km傳輸后，信號的誤碼率為2.27e-15。
為了研究不同波長信號光傳輸的誤碼率，設置激光器的波長為1540~1560nm，在傳輸300km后，得到了圖中所示的誤碼率變化圖。經過300km的傳輸距離后，1550nm波長的激光光信號具有最低的誤碼率。而隨著波長的增大或減小，誤碼率逐漸上升。說明1550nm波長的激光光信號具有最好的傳輸能力。
隨后進行外調制與直接調制的對比。設定40Gbit/s的傳輸速率，在同樣傳輸300km的距離后，得到了外調制的眼圖如下圖，誤碼率為7.54e-58。
直接調制的眼圖如下圖，誤碼率為1.04e-45。通過對比兩種調制方式，得到在較高速率情況下，外調制比直接調制有更好的信號傳輸表現。
進行PIN和APD探測的對比。其中APD設置如下圖，響應度設定為1A/W，增益為3dB。
設定40Gbit/s的傳輸速率，在同樣傳輸300km的距離后，得到了PIN探測器系統中的眼圖如下圖，誤碼率為7.54e-58。
APD探測器系統中的眼圖如下圖，誤碼率為8.05e-46。表明在該系統中PIN探測器比APD探測器具有更佳的探測性能。
5、總結展望：
本案例設計了一套高速遠距離色散補償光纖通信系統，實現了傳輸距離300km、傳輸速率為40Gbit/s的光纖通信系統仿真。對比了不同結構與參量下系統的信號傳輸效果。該案例具有靈活的可拓展性，可以根據客戶需求進行功能的豐富與系統結構的優化。
最后，有optisystem相關需求，歡迎通過微信公眾號聯系我們。
展開 