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硅基集成微波光子学(MWP)的新兴领域受到越来越多的关注,高性能的光电探测器是其中的关键器件,它的研究对集成MWP的发展具有重要意义。在模拟光通信系统中,通过增加输入光功率可以显著提高模拟光链路的插损、链路增益、无杂散动态范围和信噪比,光电探测器需要相应地提高饱和输出功率。分布式行波光电探测器(TWPD)不仅增加了饱和光电流,在速度匹配和阻抗匹配下还能保持高带宽,而且适用于硅光子集成电路。本文对面向微波光子学的硅基行波光电探测器进行理论和实验研究,主要工作包括以下几个方面:(1)给出了并行光馈电的硅分布式TWPD的结构,通过分析PD和CPW电极的等效电路得到了硅分布式TWPD的完整电路模型,并根据传输矩阵方法和叠加原理得到硅分布式TWPD的频率响应。分析了硅分布式TWPD的阻抗和速度匹配,PD的容性负载效应。(2)比较了 CPW电极两种不同的分布式等效电路。通过建立的分析模型,计算周期分布式TWPD的频率响应,优化了 CPW电极和光延时设计。基于PD阵列的容性负载效应和非周期加载技术提出了行波电极输入端开路的非周期性分布TWPD。其带宽(25.7GHz)略低于输入端匹配阻抗为50Ω时周期分布式TWPD的带宽(26.5GHz);但是在DC到24.7 GHz的频率范围内,非周期分布式TWPD在负载上的光电流提高了 2倍。(3)设计了不同结构的分布式TWPD版图,比如:不同阻抗和速度匹配,周期与非周期性分布,不同的PD数量,不同的输入光梢合方式和不同的光功率分配器等。介绍了光外差法,并给出了器件RF特性的测试框架。测试了版图中的部分器件:4级和8级周期分布式TWPD在-4V反偏电压下的响应度分别为1.09A/W和1.23A/W,饱和电流分别高达80.82mA和156.64 mA。而文献中已报导的4级和8级分布式TWPD,其最高的饱和电流分别只达到65 mA和112 mA。