© 2019     Yuan Huang*^, **^, ***; Xiaoyu Ma*^, **; Changhui Rao*^, **

*Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 61000, China

**Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610209, China

***University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

E-mail: chrao@ioe.ac.cn

Submitted 13.03.2019

DOI:10.17586/1023-5086-2019-86-10-48-53

Avalanche photodiode array detector consists of photosurface and dead zone. Photosurface is the area where the photoelectric effect occurs, while dead zone is useless to detection and reduces the light energy utilization of the detector. Generally, by coupling a microlens array can solve this problem. However, when the detected target moves, a part of the light concentrated by lens will deviate from the photosurface to the dead zone, which results in a loss of energy. We design a micro compound parabolic concentrator array to replace the traditional microlens array. Having a large acceptance angle, the compound parabolic concentrator can concentrate light beam with incident angle smaller than the acceptance angle. Even if the incident light is deviated by a certain angle, most of the light can effectively be concentrated onto the photosurface as long as the deviate angle is smaller than the acceptance angle. Hence, it has higher light energy utilization than microlens array.

Keywords: avalanche photodiode detector, microlens array, micro compound parabolic concentrator array, light energy utilization.

OCIS codes: 040.1345, 080.4295, 120.1880, 130.3990.

Улучшение эффективности использования световой энергии матрицей лавинных фотодиодов с помощью массива малоразмерных параболических концентраторов

© 2019 г.  Yuan Huang, Xiaoyu Ma, Changhui Rao

Поверхность матрицы лавинных фотодиодов включает в себя полезную светочувствительную площадь, а также мёртвые межплощадочные зоны. Наличие последних уменьшает общую эффективность использования световой энергии матричным фотодетектором. Использование матрицы микролинз­концентраторов в какой­то степени позволяет избавиться от этого недостатка. Однако при перемещении детектируемой цели часть излучения, концентрируемого микролинзой, будет отклоняться последней в область мёртвой зоны, что приводит к потере энергии. Предложена конструкция матричного концентратора, состоящего из микроотражателей параболической формы. Обладая большим приёмным углом, такая матрица обеспечивает эффективную концентрацию излучения, чей угловой размер не превосходит этого приёмного угла, чем достигается повышение эффективности использования световой энергии.

Ключевые слова: лавинный фотодетектор, матрица микролинз, матрица параболических микроотражетелей, эффективность использования световой энергии.

References

1. Chen X., Zhou D. Development of processing circuit of laser imaging radar based on APD array // Laser&Infrared. 2015. V. 45(9). P. 1018–1022.
2. Wang M.J. The design and fabrication of infrared microlens array used for pyroelectric detectors // M.S. Thesis. Changchun: Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences. 2015. P. 13–27
3. Roland W., Juan C.M., Pablo B., Narks S., John C.B. Nonimaging Optics. Pittsburgh: Academic Press, 2004. P. 47–56.
4. Philip G. Achievement of ultrahigh solar concentration with potential for efficient laser pumping // Ap. Opt. 1988. V. 27(21). P. 4385–4391.
5. Du C.L., Lin X.D., Zhou L.S., Bai L.B., Qiu C.K. Method for improving performance of infrared detectorby micro­optical lens array // Acta Opt. 2001. V. 21(2). P. 246–249.
6. Werner T., Cox J.A., Swanson S., Holz M., Box P.O. Microlens array for staring infrared imager // SPIE. 1991. V. 1544. P. 46–57.

1. Farn M.W. Microconcentrators for focal plane arrays // SPIE. 1993. V. 1751. P. 106–117.

Полный текст