吴 丹 ,梁赫西 ,沈天浩 ,代永红

(1.国家计算机网络与信息安全管理中心,北京 100027;2.湖北师范大学 计算机与信息工程学院,湖北 黄石 435002;3.武汉大学 电子信息学院,湖北 武汉 430072)

空间相干光通信领域中,由高速光电探测芯片为核心构成的平衡光电探测器是相干光通信系统的关键器件之一[1-2]。高速光电探测芯片的光敏面直径、通信带宽等参数直接影响着相干光通信系统的性能。目前,空间光耦合到光电探测器光敏面上的方式主要有单模光纤耦合和直接耦合。单模光纤的芯径较小,对探测器光敏面的面积无太高要求,但耦合效率不高,损耗达3～8 dB;通过将空间光直接耦合到探测光敏面上会进一步提高耦合效率、减少损耗、提高系统探测灵敏度,但要尽可能地增大探测器探测光敏面的面积,以克服大气湍流效应带来的光斑抖动的影响[3-6]。随着半导体工艺水平的不断提升,利用电学元件评估等效高速光电探测器件进行建模,分析探测器光敏面面积及通信带宽等参数性能已成为了该领域的研究热点。早在1964 年,Lucovsky 等[7]就提出了光电二极管的数值分析模型,利用载流子运动来描述光电二极管内部光电转换过程。1994 年,陈维友等[8]建立了PIN 光电二极管的等效电路模型。随后的近二十年间许多学者采用数值分析模型的方法获得光电二极管内部空间动力学特性,进行光电器件生长过程中材料及器件等效结构研究[9-11]。但采用以上方法建模在实际工程应用中较为复杂,器件微带网络、封装及高频特性考虑较少。……