論文の概要: New design paradigm for highly efficient and low noise photodetector
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.16830v1
- Date: Tue, 23 Jul 2024 20:40:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-25 15:32:29.545132
- Title: New design paradigm for highly efficient and low noise photodetector
- Title（参考訳）: 高効率低雑音光検出器の新しい設計パラダイム
- Authors: Sagar Chowdhury, Rituraj, Srini Krishnamurthy, Vidya Praveen Bhallamudi,
- Abstract要約: 低暗カウントの高量子効率(QE)は、単一光子雪崩検出器(SPAD)を含む高感度光検出器(PD)に必須である
我々は,誘電体Mie共鳴と横伝播波の結合を利用した新しい設計パラダイムを開発した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9321083394782582
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Achieving high quantum efficiency (QE) with low dark count is essential for highly sensitive photodetectors (PDs), including single photon avalanche detectors (SPADs). However, high QE requires a thicker absorber region, which leads to high dark current and noise, which in turn affects the detectivity of PDs and the photodetection efficiency and dark count of SPADs.The holy grail of photodetector and avalanche photodiode designs is to achieve highest QE with thinnest absorber and still enable large avalanche to gain as needed. We have developed a new design paradigm which exploits the coupling between dielectric Mie resonance and transverse propagating waves in thin layers. The Mie resonance launches the incident light at an angle in an ultrathin absorber, and when coupled to transverse waves, the light propagates laterally and is fully absorbed owing to the longer optical path. Consequently, with appropriate choice of materials for a chosen wavelength, a high absorption(~90%) within typically <100 nm absorber thickness is possible. For illustration, we apply our approach to design Si-based detector operating at 810 nm and InGaAs-based detector operating at 1550 nm and predict that the dark current at room temperature is reduced at least by two orders of magnitude. In addition, the lateral distances are often in a few microns and hence these designs can potentially enable avalanching for a large optical gain.
- Abstract（参考訳）: 単一の光子雪崩検出器(SPAD)を含む高感度光検出器(PD)には、低暗数で高い量子効率(QE)を達成することが不可欠である。
しかし、高いQEはより厚い吸収領域を必要とし、これは高い暗電流とノイズをもたらすため、PDの検出率や光検出効率、SPADの暗数に影響を与える。
我々は,誘電体Mie共鳴と横伝播波の結合を利用した新しい設計パラダイムを開発した。
三重共鳴は超薄膜吸収器の角度で入射光を発射し、横波に結合すると、光は横方向に伝播し、より長い光路のために完全に吸収される。
したがって、選択した波長の材料を適切に選択することで、通常<100nmの吸収体厚で高い吸収(~90%)が可能である。
本稿では,810nmのSi線検出器と1550nmのInGaAs線検出器を設計し,室温での暗流を少なくとも2桁の精度で低減する手法を提案する。
加えて、横方向距離はしばしば数ミクロンであり、そのためこれらの設計は大きな光学的利得を得るために雪崩を可能にする可能性がある。
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