中文摘要：

研究高灵敏度的球型硅双光子响应光电探测器。两个半球形固浸透镜的底面紧密结合成球形，在一个半球的底平面内制作金属-半导体-金属光电探测器，双光子响应部分在球心及其附近。使用时在两个金属电极上施加电压，用显微物镜聚焦被测光，使光线都垂直于球面沿球的直径方向传播，聚焦到球心处。在球心及其附近产生显著的光吸收，其它位置几乎不产生光吸收。由于固浸透镜大大提高球心处光功率密度，球腔使未被吸收的光在腔内多次反射并通过球心，使被测光充分吸收，所以能获得高灵敏度。同时研究入射光的入射方向和偏振方向与双光子响应的关系，区分和鉴别倍频吸收和双光子吸收，确定倍频吸收是双光子响应的主要物理机制。研究方法可以应用于具有反演对称中心的所有半导体材料。高灵敏度的硅双光子响应探测器可以应用于高速光电子学、光通信、太赫兹波科学与技术等许多领域，可以与硅集成电路进行光电集成。

结论摘要：

研制成功半球形硅双光子响应光电探测器。它不但在性能方面优于球型双光子响应光电探测器，而且大大节约材料，简化工艺，降低成本。硅半球作为固浸透镜，大大提高被测光的功率密度。金属-半导体-金属光电探测器的两个金属电极制作在半球的底平面内，其中一个覆盖球心，形成半球腔，能充分吸收被测光。使该探测器具有很高的灵敏度。与他人报道的硅波导型双光子响应光电探测器比较，不但制作工艺简单，而且灵敏度更高。这项发明已经申请了发明专利。 硅的双光子响应包含双光子吸收和倍频吸收。双光子吸收是三阶非线性光学效应，而倍频吸收是二阶非线性光学效应。硅材料具有反演对称中心，在偶极近似条件下，不会产生二阶非线性光学效应。所以目前多数人认为硅的双光子响应就是双光子吸收。理论证明，如果硅材料中存在电场，能够使反演对称中心消失，产生电场诱导的二阶非线性光学效应。在硅的双光子响应中， 究竟双光子吸收是主要的，还是倍频吸收是主要的，还是二者兼而有之，起同等重要的作用，一直处于无定论状态。经过理论和实验研究，我们确认半球形硅双光子响应光电探测器主要工作机制是倍频吸收，而不是双光子吸收。