Resonant Cavity Enhanced RCE Resonant Cavity Enhanced

Resonant Cavity Enhanced czyli struktura z rezonansowym wzmocnieniem wnękowym Wnęka rezonansowa – zwykle zamknięta (lub prawie zamknięta) komora z metalu o dobrym przewodnictwie (najczęściej miedź, często posrebrzona), aby zmniejszyć straty energii. Wnęka rezonansowa jest elementem konstrukcji generatorów mikrofalowych takich jak klistrony, magnetrony i masery. Laser też zawiera jej odpowiednik, ale zamiast pełnego pudła są tylko dwie ścianki, które są lustrami dielektrycznymi, ponieważ metalowe dają zbyt duże straty.

Jednowymiarowa, planarna wnęka półprzewodnikowa składa się z rezonatora Fabry-Perot usytuowanego pomiędzy zwierciadłami dielektrycznymi, tzw. zwierciadłami Braggowskimi. Wnęka rezonansowa powinna mieć długość równą całkowitej wielokrotności połowy długości fali w danym ośrodku λ=k(λ/2). By móc wyraźnie obserwować charakterystyczne dla mikrownęk efekty, k powinno być małe (k=1, 2, 3,…).

Struktura fotodiody RCE

Zawiera ona złącze p-i-n wykonane z półprzewodnika o szerszej przerwie energetycznej, który nie absorbuje wykrywanego promieniowania. W warstwie zaporowej złącza znajduje się cienka, niedomieszkowana warstwa absorbująca. Złącze to jest umieszczone we wnęce rezonansowej utworzonej przez dwa równoległe lustra Bragga (DBR - distributed Bragg reflectors), które składają się z szeregu ćwierćfalowych warstw zmieniających się okresowo, wykonanych z materiałów o odpowiednio dużej różnicy współczynników odbicia. Dzięki rezonansowemu zwiększeniu energii optycznej we wnęce grubość warstwy absorpcyjnej może być znacznie zmniejszona bez znacznego zmniejszenia czułości przyrządu.

Struktura fotodiody RCE umożliwia wytworzenie detektora czułego na promieniowanie o długości fali większej od 1,7 μm, którego warstwę absorpcyjną stanowi InxGa1-xAs (0,6 < x ≤ 0,83.

Zastosowanie wnęki rezonansowej daje możliwość wykonania detektora na bazie InP, półprzewodnika o bardzo dobrze opanowanej technologii cienkiej, pseudomorficznej, naprężonej ściskająco warstwy InxGa1-xAs jako warstwy absorbującej wykrywane przez detektor promieniowanie. Zmniejszenie grubości warstwy InxGa1-xAs poniżej grubości krytycznej, to jest do 6-15 nm pozwala uniknąć obecności dyslokacji niedopasowania i w konsekwencji uzyskać detektor o bardzo małej gęstości prądu ciemnego. Zakres spektralny wykrywanego promieniowania zależy głownie od składu i grubości warstwy absorpcyjnej i może być modyfikowany poprzez dodatkowe warstwy umieszczone po obu stronach warstwy absorpcyjnej

Selektywność detektora musi przekraczać 10 nm, ponieważ typowe detektory maja płaską charakterystykę i dlatego się one nie nadają. Detektory selektywne są te, gdzie wykorzystuje się zjawisko rezonansu wzmacniającego ściśle określoną długość fali detekowanego promieniowania. Rezonans ten zwiększa czułość detektora. Selektywność czyli możliwość stosowania wielu kanałów naraz w światłowodzie.

Wykorzystuje się tutaj zjawisko Bragga. Optyczne odbicia Bragga wynika z periodyczności ośrodka i dlatego odnosi się do każdego kryształu fotonicznego, niezależnie jak małe różnice współczynników załamania światła w nim występują. Aby obliczyć współczynnik odbicia dla struktury lustra Bragga możemy skorzystać ze wzoru:

Gdzie współczynniki załamania są indeksowane:

Natomiast współczynnik kształtu κ wynosi odpowiednio: