▶ キング・アブドゥッラー・ユニバーシティ・オブ・サイエンス・アンド・テクノロジーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-14
(54)【発明の名称】高速波長変換層による紫外検出
(51)【国際特許分類】
H01L 31/0232 20140101AFI20220204BHJP
C09K 11/61 20060101ALI20220204BHJP
C09K 11/66 20060101ALI20220204BHJP
C09K 11/87 20060101ALI20220204BHJP
C09K 11/85 20060101ALI20220204BHJP
C09K 11/65 20060101ALI20220204BHJP
H04B 10/67 20130101ALI20220204BHJP
【ＦＩ】
H01L31/02 D
C09K11/61
C09K11/66
C09K11/87
C09K11/85
C09K11/65
H04B10/67
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021535271
(86)(22)【出願日】2019-11-26
(85)【翻訳文提出日】2021-08-12
(86)【国際出願番号】 IB2019060181
(87)【国際公開番号】W WO2020128686
(87)【国際公開日】2020-06-25
(31)【優先権主張番号】62/780,580
(32)【優先日】2018-12-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】319003493
【氏名又は名称】キング・アブドゥッラー・ユニバーシティ・オブ・サイエンス・アンド・テクノロジー
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】ブーン・エス・オイ
(72)【発明者】
【氏名】チュン・ホン・カン
(72)【発明者】
【氏名】ティエン・キー・ング
(72)【発明者】
【氏名】オスマン・エム・バクル
(72)【発明者】
【氏名】イブラヒム・ドゥルサン
(72)【発明者】
【氏名】ルトファン・シナトラ
(72)【発明者】
【氏名】マラット・ルトフリン
【テーマコード（参考）】
4H001
5F849
5K102
【Ｆターム（参考）】
4H001CA02
4H001XA01
4H001XA06
4H001XA07
4H001XA12
4H001XA17
4H001XA20
4H001XA26
4H001XA29
4H001XA32
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4H001XA38
4H001XA46
4H001XA50
4H001XA53
4H001XA55
4H001XA56
4H001XA63
4H001XA82
5F849BA03
5F849BA09
5F849BB01
5F849HA06
5F849HA07
5F849HA09
5F849JA11
5F849JA12
5F849JA13
5F849LA03
5F849XB05
5K102AA52
5K102AL24
5K102PB02
5K102PH37
5K102RB04
5K102RD28
(57)【要約】
ハウジング（２０４）と、ハウジング（２０４）に取り付けられ、第１の波長範囲をもつ第１の光（２４０）を吸収することと、第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲をもつ第２の光（２４２）を発することとを行うように構成される高速波長変換層（２２０）と、ハウジング（２０４）に取り付けられ、第２の波長範囲をもつ第２の光（２４２）を吸収することと、電気信号（２４４）を発生することとを行うように構成される有効面（２０２Ａ）を有する高速光検出器（２０２）とを含む高速波長変換受信器（２００）。光検出器（２０２）の有効面（２０２Ａ）は完全にハウジング（２０４）内に置かれる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
高速のペロブスカイトベースの波長変換受信器（２００）であって、ハウジング（２０４）と、
前記ハウジング（２０４）に取り付けられ、第１の波長範囲をもつ第１の光（２４０）を吸収することと、前記第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲をもつ第２の光（２４２）を発することとを行うように構成される高速波長変換層（２２０）と、
前記ハウジング（２０４）に取り付けられ、前記第２の波長範囲をもつ前記第２の光（２４２）を吸収することと、電気信号（２４４）を発生することとを行うように構成される有効面（２０２Ａ）を有する高速光検出器（２０２）とを備え、
前記光検出器（２０２）の前記有効面（２０２Ａ）が完全に前記ハウジング（２０４）内に置かれ、
前記第１の光が紫外（ＵＶ）光であり、前記第２の光が可視光である、高速のペロブスカイトベースの波長変換受信器（２００）。
【請求項2】
前記高速波長変換層（２２０）の材料が、少なくともメガビット毎秒の速度で光度の変化に応答するように構成される、請求項１に記載の受信器。
【請求項3】
前記高速波長変換層が、５０ｎｓ未満の寿命を有する有機金属または無機ハライドペロブスカイトである、請求項１に記載の受信器。
【請求項4】
前記高速波長変換層がＡＢＸ３ペロブスカイトナノ結晶を含み、ＡがＣｓ＋、Ｒｂ＋、ＣＨ３ＮＨ３
＋およびＨＣ（ＮＨ２）２
＋から選択され、ＢがＰｂ２＋、Ｓｎ２＋、Ｇｅ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｃｕ２＋、Ｆｅ２＋、Ｐｄ２＋およびＥｕ２＋から選択され、ＸがハロゲンＣｌ－、Ｂｒ－またはＩ－である、請求項１に記載の受信器。
【請求項5】
前記高速波長変換層がＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトナノ結晶を含む、請求項１に記載の受信器。
【請求項6】
前記高速光検出器がＳｉまたはＩＩＩ族窒化物ベースの光検出器である、請求項１に記載の受信器。
【請求項7】
前記高速光検出器が、波長選択的応用のために前記第１の光に対してではなく前記第２の光に対して高速を求める、請求項１に記載の受信器。
【請求項8】
前記ハウジングの壁、前記高速光検出器、および前記高速波長変換層が形成される基板がチャンバを画定し、前記高速光検出器の前記有効面が完全に前記チャンバ内部に置かれる、請求項１に記載の受信器。
【請求項9】
前記第１の光から可視光を除去するために、前記高速波長変換層にわたって置かれる高反射光学素子と、前記高反射光学素子にわたって置かれるＵＶ透明マイクロレンズと、
前記ＵＶ透明マイクロレンズに取り付けられる被覆ノイズフィルタと
を更に備える、請求項１に記載の受信器。
【請求項10】
前記高速光検出器にわたってＵＶ透明基板が直接形成され、前記ＵＶ透明基板にわたって前記高速波長変換層が直接形成される、請求項１に記載の受信器。
【請求項11】
前記高速波長変換層の側部を挟むクラッド層を更に備え、前記高速波長変換層が前記高速光検出器上に直接形成される、
請求項１に記載の受信器。
【請求項12】
前記クラッド層の屈折率が前記高速波長変換層の屈折率より小さい、請求項１１に記載の受信器。
【請求項13】
高速のペロブスカイトベースの波長変換受信器（７００）であって、球状内部チャンバ（７１４）を有するハウジング（７１０）であって、前記球状内部チャンバ（７１４）が、第１の波長範囲をもつ第１の光（２４０）を受信するための入口ポート（７１０Ａ）を有し、前記第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲をもつ第２の光（２４２）を放出するための出口ポート（７１０Ｂ）を有する、ハウジング（７１０）と、
前記球状内部チャンバ（７１４）内部に設けられ、前記第１の光（２４０）を吸収することと、前記第２の光（２４２）を発することとを行うように構成される高速波長変換層（２２０）と、
前記出口ポート（７１０Ｂ）に設けられ、前記第２の波長範囲をもつ前記第２の光（２４２）を吸収することと、電気信号（２４４）を発生することとを行うように構成される有効面（２０２Ａ）を有する高速光検出器（２０２）とを備え、
前記高速波長変換層（２２０）の材料が、少なくともメガビット毎秒の速度で光度の変化に応答するように構成され、前記第１の光が紫外（ＵＶ）光であり、前記第２の光が可視光である、高速のペロブスカイトベースの波長変換受信器（７００）。
【請求項14】
前記高速波長変換層が、５０ｎｓ未満の寿命を有する有機金属または無機ハライドペロブスカイトである、請求項１３に記載の受信器。
【請求項15】
前記高速波長変換層がＡＢＸ３ペロブスカイトナノ結晶を含み、ＡがＣｓ＋、Ｒｂ＋、ＣＨ３ＮＨ３
＋およびＨＣ（ＮＨ２）２
＋から選択され、ＢがＰｂ２＋、Ｓｎ２＋、Ｇｅ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｃｕ２＋、Ｆｅ２＋、Ｐｄ２＋およびＥｕ２＋から選択され、ＸがハロゲンＣｌ－、Ｂｒ－またはＩ－であり、前記高速光検出器がＳｉベースである、請求項１３に記載の受信器。
【請求項16】
前記高速波長変換層がＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトナノ結晶を含み、前記高速光検出器がＳｉまたはＩＩＩ族窒化物ベースの光検出器である、請求項１３に記載の受信器。
【請求項17】
前記球状内部チャンバ上の高ＵＶ反射コーティングと、前記高速波長変換層が直接形成される高透明基板と
を更に備える、請求項１３に記載の受信器。
【請求項18】
紫外（ＵＶ）光を使用して情報を送信するための方法であって、前記情報を符号化した第１のＵＶ光（２４０）を発するステップ（１５００）と、
高速のペロブスカイトベースの波長変換層（２２０）において、前記第１のＵＶ光（２４０）を受信するステップ（１５０２）と、
前記高速波長変換層（２２０）により、前記第１のＵＶ光と異なる波長を有する第２の光（２４２）を再び発し、前記第２の光が可視光である、ステップ（１５０４）と、
高速光検出器（２０２）により、前記第２の光（２４２）を前記符号化情報を保持した電気信号（２４４）へ変換するステップ（１５０６）と、
処理ユニット（２０８）により、前記電気信号（２４４）から前記符号化情報を復号化するステップ（１５０８）とを含み、
前記高速波長変換層（２２０）の材料が、少なくともメガビット毎秒の速度で光度の変化に応答するように構成される、方法。
【請求項19】
前記高速波長変換層がＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトナノ結晶を含み、前記高速光検出器がＳｉベースである、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記高速波長変換層が、５０ｎｓ未満の寿命を有する有機金属または無機ハライドペロブスカイトである、請求項１８に記載の方法。
【請求項21】
前記高速波長変換層がＡＢＸ３ペロブスカイトナノ結晶を含み、ＡがＣｓ＋、Ｒｂ＋、ＣＨ３ＮＨ３
＋およびＨＣ（ＮＨ２）２
＋から選択され、ＢがＰｂ２＋、Ｓｎ２＋、Ｇｅ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｃｕ２＋、Ｆｅ２＋、Ｐｄ２＋およびＥｕ２＋から選択され、ＸがハロゲンＣｌ－、Ｂｒ－またはＩ－であり、前記高速光検出器がＳｉベースである、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年１２月１７日に出願された、「ＵＶ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＷＩＴＨ ＨＩＧＨ－ＳＰＥＥＤ ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ－ＣＯＮＶＥＲＴＩＮＧ ＰＥＲＯＶＳＫＩＴＥ－ＢＡＳＥＤ ＬＡＹＥＲ」という名称の米国仮特許出願第６２／７８０，５８０号の優先権を主張するものであり、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１８年１２月１７日に出願された、「ＵＶ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＷＩＴＨ ＨＩＧＨ－ＳＰＥＥＤ ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ－ＣＯＮＶＥＲＴＩＮＧ ＰＥＲＯＶＳＫＩＴＥ－ＢＡＳＥＤ ＬＡＹＥＲ」という名称の米国仮特許出願第６２／７８０，５８０号の優先権を主張するものであり、その開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本明細書に開示される主題の実施形態は、概して、紫外（ＵＶ）光を検出するためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、光検出器のためにＵＶ応答性を向上させかつ同時にＵＶ高検出速度を提供するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0003】
光無線通信（ＯＷＣ）が、３８０ｎｍから８００ｎｍに及ぶ可視光通信（ＶＬＣ）および２００から３８０ｎｍに及ぶ紫外（ＵＶ）ベースの通信を含め、相当な注目を引いてきたが、これはＯＷＣが、より高い帯域幅およびより低い待ち時間を必要とする、第５世代（５Ｇ）無線通信以降のために重要な役割を果たし得るためである。既存の規制された無線周波数（ＲＦ）通信と比較して、ＯＷＣは、ＵＶから数百ＴＨｚまでの可視波長に至るアンライセンスかつセキュアな帯域幅を提供して、ＲＦネットワークにおける輻輳帯域幅を緩和する。ＶＬＣのために、ギガビット毎秒（Ｇｂｐｓ）台の高データレートが、見通し（ＬＯＳ）構成において異なる変調方式を使用して広く実証されてきた。しかしながら、この構成自体は、完全な通信システムには不十分である。
【0004】
間接的なＲＦ信号伝送経路を模倣することが、ＯＷＣのためのロバストな解決策を提供する上で重要である。幸いにも、ＵＶ波長域における光１０２を使用するシステム１００は、図１に例示されるように、レイリーおよびミーの両散乱１０６を通じて、様々な障害物１０７により大いに散乱され、したがってＵＶ光源１０４とＵＶ光受信器１０８との間に、非常に必要とされる非見通し（ＮＬＯＳ）通信経路を構成する。この経路は、ＬＯＳ通信における指向、捕捉および追尾（ＰＡＴ）の厳しい要件を軽減することになる。更には、ＵＶベースの通信は、特にオゾン層１２２による強吸収によりソーラーブラインドＵＶＣ領域１２１（１００～２８０ｎｍ）において、その低背景太陽放射のためＶＬＣと比較して極めて魅力的である。そのＵＶ光がＵＶＡ（３１５～４００ｎｍ）、ＵＶＢ（２８０～３１５ｎｍ）およびＵＶＣ（１００～２８０ｎｍ）へ分割されることに留意されたい。図１は、ＵＶ光１２０が太陽によって発せられ、そしてＵＶＣ光１２１がオゾン層１２２によって吸収される一方でＵＶＡおよびＵＶＢ光１２４がオゾン層を通して透過されるのを図示する。ＵＶＣスペクトルでの低ノイズフロア自由空間通信が、低視認性条件におけるミサイル検出および航空機着陸などの多種多様な応用も可能にするであろう。
【0005】
信頼できるＵＶベースの通信リンクが、特にＵＶＣ領域において、光無線通信システムのための新分野を確立して、モノのインターネット（ＩｏＴ）および水中のモノのインターネット（ＩｏＵＴ）を有効にするであろう。ＵＶベースの通信リンクの重要性にもかかわらず、送受信器技術の制限が、この技術の現在の進歩を妨げている。受信器端に関しては、ＵＶ～可視領域にわたる高性能フォトダイオードまたはマルチピクセル検出器が様々な実際的応用のために必要とされる。
【0006】
ＯＷＣ分野において、大型光電子増倍管（ＰＭＴ）が、その広スペクトル範囲および高信号対雑音（ＳＮＲ）比のため依然として使用されている。しかしながら、ＰＭＴは、高電力消費、大型形状係数および高コストを欠点とする。対照的に、コンパクトかつ小フットプリントのＩＩＩ族窒化物ベースの光検出器（ＰＤ）、例えばＡｌＧａＮ、ＡｌＮおよびＢＮベースのＰＤは、高コスト材料および基板開発を欠点とする。高暗電流に関連する欠陥状態および結晶転位の存在が設計プロセスを複雑にし、かつＵＶベースの通信システムのためのこれらのＰＤの更なる展開を遅らせる。
【0007】
他方で、低コストかつ技術的に成熟したシリコン（Ｓｉ）ベースのＰＤが広く市販されている。にもかかわらず、シリコン層への高エネルギーＵＶ光子の低侵入度（例えば、深ＵＶからＵＶＡ領域に関しては２０ｎｍより小さい）のため、既存のＳｉベースのＰＤの応答性は、４００ｎｍ未満の波長に対して０．１Ａ／Ｗより小さい。ＵＶＣ～ＵＶＡ帯域における実際的な通信に関しては、この低応答性は通信リンクのＳＮＲを低下させることになり、望ましくない。
【0008】
上述の問題を回避しようとする最近の努力がここで述べられるが、これらの技術が高速光無線通信には適切でないことが留意される。ＳｉベースのＰＤのＵＶ応答性を向上させるための発光材料として共役ポリマー薄膜がまず使用された［１］。この手法は、ＳｉベースのＰＤがより高い応答性を呈する可視波長域において再び発せられる高エネルギーＵＶ光子を吸収する発光薄膜の使用を探究するものである。ＳｉベースのＰＤと統合される、ホウ酸リン酸バナジン酸イットリウム：Ｅｕ（Ｙ（Ｖ，ＰＯ４）０．９（ＢＯ３）０．１：Ｅｕ）に基づく別のダウンコンバート発光材料も以前の研究［２］において実証された。しかしながら、両発光材料は、ミリ秒台までの長い減衰時間を有すると知られており、したがって高速変調には適切でない。高速変調は、本明細書において、メガからギガビット毎秒の範囲の速度で光度の変化に応答することが可能である材料によって呈されるとして定義される。ＶＬＣのためのナノパターン化された発光太陽集光器（ＬＳＣ）も［３］において調査された。しかしながら、［３］におけるＳｕｐｅｒＹｅｌｌｏｗ蛍光発光体はＵＶ領域における吸収低下を呈しており、その動作を可視波長域だけに制限してしまう。［４］において述べられる別の手法は、電子増倍電荷結合素子（ＥＭＣＣＤ）ベースのイメージセンサとのＭａＰｂＢｒ３ベースのペロブスカイト量子ドットの統合を実証した。しかしながら、現在の手法のいずれも、ＯＷＣに適当である高速ダウンコンバート光検出器を達成していない。
【0009】
したがって、既存の光検出器と適合する高速ＵＶ光通信を提供する新たな手法の必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0010】
一実施形態によれば、ハウジングと、ハウジングに取り付けられ、第１の波長範囲をもつ第１の光を吸収することと、第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲をもつ第２の光を発することとを行うように構成される高速波長変換層と、ハウジングに取り付けられ、第２の波長範囲をもつ第２の光を吸収することと、電気信号を発生することとを行うように構成される有効面を有する高速光検出器とを含む高速波長変換受信器がある。光検出器の有効面は完全にハウジング内に置かれる。
【0011】
別の実施形態によれば、球状内部チャンバを有するハウジングであって、球状内部チャンバが、第１の波長範囲をもつ第１の光を受信するための入口ポートを有し、第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲をもつ第２の光を放出するための出口ポートを有する、ハウジングと、球状内部チャンバ内部に設けられ、第１の光を吸収することと、第２の光を発することとを行うように構成される高速波長変換層と、出口ポートに設けられ、第２の波長範囲をもつ第２の光を吸収することと、電気信号を発生することとを行うように構成される有効面を有する高速光検出器とを含む高速波長変換受信器がある。高速波長変換層の材料が、少なくともメガビット毎秒の速度で光度の変化に応答するように構成される。
【0012】
更に別の実施形態によれば、紫外（ＵＶ）光を使用して情報を送信するための方法があり、同方法は、情報を符号化した第１のＵＶ光を発するステップと、高速波長変換層において、第１のＵＶ光を受信するステップと、高速波長変換層により、第１のＵＶ光と異なる波長を有する第２の光を再び発するステップと、高速光検出器により、第２の光を符号化情報を保持した電気信号へ変換するステップと、処理ユニットにより、電気信号から符号化情報を復号化するステップとを含む。高速波長変換層の材料が、少なくともメガビット毎秒の速度で光度の変化に応答するように構成される。
【0013】
本発明のより完全な理解のために、ここで添付の図面と併せて以下の説明が参照される。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】障害物の存在下でＵＶ光を使用する通信システムを例示する図である。
【図2】第１の波長を有する入射光を第１の波長と異なる第２の波長を有する出射光へ変換するための高速波長変換層を使用する受信器を例示する図である。
【図3】第１の波長を有する入射光を第１の波長と異なる第２の波長を有する出射光へ変換するための高速波長変換層を使用する別の受信器を例示する図である。
【図4】第１の波長を有する入射光を第１の波長と異なる第２の波長を有する出射光へ変換するための高速波長変換層を使用する更に別の受信器を例示する図である。
【図5】第１の波長を有する入射光を第１の波長と異なる第２の波長を有する出射光へ変換するための高速波長変換層を使用する更に別の受信器を例示する図である。
【図6A】第１の波長を有する入射光を第１の波長と異なる第２の波長を有する出射光へ変換するための、クラッド層間に挟まれる高速波長変換層を使用する受信器を例示する図である。
【図6B】第１の波長を有する入射光を第１の波長と異なる第２の波長を有する出射光へ変換するための、クラッド層間に挟まれる高速波長変換層を使用する受信器を例示する図である。
【図7】第１の波長を有する入射光を第１の波長と異なる第２の波長を有する出射光へ変換するための、球状容器内部に置かれる高速波長変換層を使用する受信器を例示する図である。
【図8】第１の波長を有する入射光を第１の波長と異なる第２の波長を有する出射光へ変換するための高速波長変換層を使用する受信器を製作するための方法のフローチャートである。
【図9A】高速波長変換層を形成するＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトナノ結晶の透過型電子顕微鏡像を示す図である。
【図9B】高速波長変換層を形成するＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトナノ結晶の透過型電子顕微鏡像を示す図である。
【図9C】ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトナノ結晶の吸収および光ルミネセンス（ＰＬ）スペクトルを示す図である。
【図9D】高速波長変換層の３７２ｎｍ励起に続いて所与の波長で監視された時間分解ＰＬ減衰トレースを示す図である。
【図10】裸のＳｉベースのＰＤの測定応答性スペクトルを示す図である。
【図11A】０から－２０Ｖの逆バイアスによるＳｉベースのＰＤのＩ－Ｖ曲線を示す図である。
【図11B】裸の構造、ＵＶ石英、およびＵＶ石英上のＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイト層によるＳｉベースのＰＤの応答性スペクトルを示す図である。
【図11C】ＵＶ石英基板上のＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイト層の有無によるＳｉベースのＰＤの外部量子効率（ＥＱＥ）を示す図である。
【図11D】前の図に提示された受信器の比検出能および雑音等価電力（ＮＥＰ）を図示する。
【図12】光無線通信のための蛍光体ベースのデバイスおよび前の図に提示された受信器の比較を例示する表である。
【図13A】前の図に提示された受信器の変調帯域幅を測定するための構成を例示する図である。
【図13B】所与の入力光へのそのような受信器の正規化周波数応答を例示する図である。
【図14A】前の図に提示された受信器のデータ伝送特性を測定するための構成を例示する図である。
【図14B】従前の受信器によるデータ伝送のビット誤り率（ＢＥＲ）を例示する図である。
【図14C】前の図に提示された受信器によるデータ伝送のＢＥＲを例示する図である。
【図15】ＵＶ光および高速波長変換層を有する受信器を使用してデータを伝送するための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
実施形態の以下の説明は添付の図面を参照する。異なる図面における同じ参照番号は同じまたは同様の要素を識別する。以下の詳細な説明は本発明を限定しない。代わりに、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定められる。以下の実施形態は、簡略化のため、ＵＶ通信のために無機ベースのペロブスカイトナノ結晶と共に高速色変換光検出器を使用するシステムに関して述べられる。しかしながら、次に述べられる実施形態は無機材料に限定されるのではなく、それらは入射ＵＶ光を可視光へ波長変換し、そしてＳｉベースの光検出器または他の従来の光検出器に可視光を供給する有機材料と共に使用され得る。
【0016】
本明細書の全体を通じて「１つの実施形態」または「一実施形態」への参照は、一実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造または特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体を通じて様々な場所における句「１つの実施形態に」または「一実施形態に」の出現は、必ずしも同じ実施形態を参照しているわけではない。更に、特定の特徴、構造または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な様式で組み合わされ得る。
【0017】
一実施形態によれば、ハイブリッドのＳｉベースの光検出デバイスが、高速ソーラーブラインドＵＶ通信のためのＵＶ－可視色変換層として高光ルミネセンス量子収量（ＰＬＱＹ）および急速光ルミネセンス（ＰＬ）減衰時間のＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトナノ結晶（ＮＣ）を組み込む。ドロップキャストＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣの容易な形成が、ＵＶ領域における約７３％までの高ＰＬＱＹおよび強吸収となる。ＮＣ層の追加により、商用のシリコンベースの光検出器と比較してソーラーブラインド領域の応答性のほぼ３倍の改善および外部量子効率（ＥＱＥ）の約２５％の上昇が観察された。その上、時間分解光ルミネセンス測定が３７２ｎｍＵＶ励起源下で４．５ｎｓの減衰時間を実証し、したがって急速色変換層としてのこの層の可能性を示した。２７８ｎｍソーラーブラインドＵＶＣ発光ダイオード（ＬＥＤ）と併せてハイブリッドＣｓＰｂＢｒ３－シリコン色変換光検出方式を使用して、ソーラーブラインド通信における３４Ｍｂｐｓまでの有意に高いデータレートが達成された。これらの実験は、ＵＶ通信のための組成調整可能なペロブスカイトベースの蛍光体および低コストのシリコンベースの光検出器の統合高速光受信器設計の実現可能性を実証する。
【0018】
他のダウンコンバート発光材料とは対照的に、全無機鉛ハライドペロブスカイト（ＣｓＰｂＸ３、式中Ｘ＝Ｃｌ、ＢｒおよびＩ）が、それらの容易な溶液処理可能な合成、制御可能な可視発光スペクトル、高光ルミネセンス量子収量および低光学利得閾値のため新たな種類の光電子応用のための材料として現れた。その上、新規なパッシベーション技術および鉛ハライドペロブスカイト上のファブリペロー（ＦＰ）マイクロキャビティを使用する最近の手法も、超安定自然放射増幅光（ＡＳＥ）およびレーザ特性さえ誘導すると証明された。そのような進歩は、アップコンバージョンレーザおよび高解像度光学顕微鏡などの高性能光デバイスを実現するために不可欠である。ＣｓＰｂＢｒ３ナノ結晶（ＮＣ）は、他の有機ハライドペロブスカイト、例えば塩化物およびヨウ化物ベースのペロブスカイトＮＣと比較して高空気安定特性を有する。加えて、ＣｓＰｂＢｒ３ ＮＣは、高吸収係数の他に光検出に適切なバンドギャップを有し、最近では低線量Ｘ線シンチレータにおける使用のために実証された。
【0019】
発明者らは、無機ペロブスカイト材料だけでなく、一部の有機材料も高速波長変換材料として使用され得ることを観察した。したがって、一実施形態は、５０ｎｓ未満の寿命の高速無機および／または有機周波数ダウンコンバート層を含むことができる。有機ベースの周波数ダウンコンバート層の例は次の通りである：約１８０ｐｓの寿命を有するＢＥＨ－ＰＰＶ（ポリ［２，５－ビス（２’－エチルヘキシルオキシ）－１，４－フェニレンビニレン］）および約３５ｐｓの寿命を有するＰＴＢ７（ポリ［［４，８－ビス［（２－エチルヘキシル）オキシ］ベンゾ［１，２－ｂ：４，５－ｂ’］ジチオフェン－２，６－ジイル］［３－フルオロ－２－［（２－エチルヘキシル）カルボニル］チエノ［３，４－ｂ］チオフェンジイル］］）。ＳＹ－ＰＰＶ（ＳｕｐｅｒＹｅｌｌｏｗコポリマー）は、約１．９ｎｓの寿命を有しており、他の光波長でも使用され得る。１つの応用では、高速波長変換層は、式ＡＢＸ３（式中ＡはＣｓ＋、Ｒｂ＋、ＣＨ３ＮＨ３
＋およびＨＣ（ＮＨ２）２
＋から選択され、ＢはＰｂ２＋、Ｓｎ２＋、Ｇｅ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｃｕ２＋、Ｆｅ２＋、Ｐｄ２＋およびＥｕ２＋から選択され、ＸはハロゲンＣｌ－、Ｂｒ－またはＩ－である）ならびに１～５０ｎｓの寿命を有する有機金属または無機ハライドペロブスカイトを含むことができる。更に別の応用では、有機金属ハライドペロブスカイトは、約１００から１，０００ミクロンの厚さを有することができる。本実施形態において、高速波長変換層の長さおよび幅は、ミクロンスケールからセンチメートルスケール以上にさえ、特定の使用法に基づいて設計できる。
【0020】
一実施形態によれば、ＵＶＣ通信リンクのための新規な受信器が提示され、この受信器はハイブリッドＣｓＰｂＢｒ３－シリコン色変換光検出方式を使用しており、ＣｓＰｂＢｒ３層がＵＶ光を可視光へ変換し、そしてシリコン（ＳｉベースのＰＤ）がＣｓＰｂＢｒ３層からの可視光を電気信号へ変換する。緑色スペクトル領域におけるＳｉベースのＰＤの応答性および外部量子効率（ＥＱＥ）は、ＵＶ領域におけるそれらより有意に高い。ＵＶ石英基板上の高ＰＬＱＹドロップキャストＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層は、入射ＵＶ光を緑色波長域へ効果的にダウンコンバートして、ＵＶ領域における光検出性能向上を実現できる。このハイブリッド光検出器の測定小信号変調帯域幅は高周波変調の実現可能性を確証する。それに応じて、送信器として２７８ｎｍソーラーブラインドＵＶＣ ＬＥＤおよび受信器としてハイブリッドＣｓＰｂＢｒ３－シリコン色変換器を使用して高速ソーラーブラインドＵＶＣ通信リンクが実証された。この構成は、高感度かつ高速のＵＶベースの通信のための成熟したシリコンファウンドリベースの光検出器プラットフォームにおける色変換発光材料として高ＰＬＱＹかつ高速ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層を使用することの実現可能性を実証する。
【0021】
新規な受信器が、ここで図２に関して述べられる。図２は、ハウジング２０４内に設けられるＳｉベースの光検出器（ＰＤ）２０２および、同じくハウジング２０４内に設けられる透明基板２２２上に形成される高速波長変換層２２０を有する受信器２００を図示する。ＰＤ２０２は、可視光を吸収し、そしてそれを電気信号へ変換するように構成される有効面２０２Ａを有する。１つの実施形態において、ＰＤ２０２は、有効面２０２Ａが完全に、後述されるチャンバ２２４内に設けられるようにハウジング２０４に対して配置される。２つの導線２０６Ａおよび２０６Ｂが光検出器２０２に電気接続されるのが図示されており、それらは、光変換によって発生される電流を処理ユニット２０８に導くように構成される。処理ユニット２０８は、プロセッサ２０９、メモリ２１１および電源２１３、例えば電池を含んでよい。
【0022】
透明基板２２２、ＰＤ２０２およびハウジング２０４の壁によって形成されるチャンバ２２４は０および１ｍｍ間の高さＨを有する。チャンバ２２４の高さＨがゼロとは異なる場合、チャンバは、ガス、例えば窒素を保つように、または真空条件下にあるように構成される。これは、チャンバが、窒素もしくは別のガスで充填された後にまたはいずれのガスも抜かれて空にされた後に受信器２００の環境から密封されることを意味する。
【0023】
ＰＤ２０２は、高速である任意の公知のＳｉベースの光検出器、またはＳｉベースのアバランシェ光検出器（ＡＰＤ）、または他のＩＩＩ族窒化物ベースの光検出器でよい。高速波長変換層２２０は本実施形態においてＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトナノ結晶層であり、ナノ結晶は、約５０６ｎｍ波長での２０ｎｍの半値全幅の発光の他に高光ルミネセンス量子収量（ＰＬＱＹ）を有する。溶液および膜形態でのＰＬＱＹは、それぞれ約１００％および約７２％である。しかしながら、上述したように、高速波長変換層２２０のために他の無機または有機材料が使用されてよい。本明細書において、簡略化のため、高速波長変換層２２０がＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトナノ結晶を含むことが前提とされる。
【0024】
高速波長変換層２２０は、高ＵＶ透明基板、例えば非晶質ガラス、石英または溶融シリカ上に形成される。ハウジング２０４は、ハウジングの壁を通していかなる光を受けるまたは漏らすことも望まれないので、可視およびＵＶスペクトルの光に対して不透明である任意の材料から形成されてよい。
【0025】
本実施形態に関しては、第１の波長範囲（本実施形態においてはＵＶ範囲）を有する第１の光２４０が高速波長変換層２２０によって吸収され、そしてダウンコンバートされ（周波数の点で）、そしてチャンバ２２４内部に、第２の波長範囲（この例では可視波長範囲内）を有する第２の光２４２として再び発せられる。可視光２４２は、次いで高速ＰＤ２０２によって吸収され、そして電気信号２４４へ変換されて、導線２０６Ａおよび２０６Ｂに沿って、処理ユニット２０８に伝送される。本実施形態において、可視波長域の高反射レンズが追加され得る。
【0026】
この配置の効率を改善するために、１つの実施形態において、図３に例示されるように、可視光を除去しかつ主にＵＶ光を通過させるために、高速波長変換層２２０にわたって高反射光学素子２２６が置かれる。高反射光学素子２２６は、１つの応用では、ＵＶ領域における≧９０％の透過および可視波長域における≧９９％の反射を可能にするためにカスタム設計され得るダイクロイックフィルタ（Ｒｏｃｋｙ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏ．、ＣＯ、ＵＳＡによって製造）である。
【0027】
図３に例示される実施形態において、高速光検出器２０２上へ入射光２４０を焦束するためにＵＶ透明マイクロレンズ２２８も追加され得る。ＵＶ透明マイクロレンズ２２８は、高反射光学素子２２６の上に直接設けられてよい。１つの応用では、必要とされる検出波長に応じて、信号対雑音比を向上させるためにマイクロレンズ２２８に被覆ノイズフィルタ２３０が追加され得る。被覆ノイズフィルタ２３０は、ショートパス、ロングパス、エッジパスおよび／またはバンドパスフィルタを含むように選択されてよい。被覆ノイズフィルタ２３０は、ＵＶ透明マイクロレンズ２２８上のどこに置かれてもよい。
【0028】
図３に例示された実施形態は、ここで述べるように変更できる。例えば、図４に例示される実施形態は、高速波長変換層２２０およびその透明基板２２２が、透明基板２２２がＰＤ２０２と直接接触しているようにＰＤ２０２に向けて移動されたことを除いて、図３のそれと同様である。これは、チャンバ２２４が今では高速波長変換層２２０、ハウジング２０４の壁および光学素子２２６によって画定されることを意味する。このようにして、入射光２４０は、フィルタ２３０および光学素子２２６によってフィルタリングされて到達ＵＶ光２４１を得る。到達ＵＶ光２４１は、マイクロレンズ２２８によって高速波長変換層２２０上へ焦束されており、それが可視光２４２を発生して、ＰＤ２０２に衝突し電気信号２４４を発生させる。
【0029】
更に別の実施形態において、図５に例示されるように、光学素子２２６は、高速波長変換層２２０と直接接触しているように移動され、したがって、チャンバ２２４は今では、光学素子２２６、ハウジング２０４の壁およびマイクロレンズ２２８によって画定される。前述したように、チャンバ２２４はゼロおよび１ｍｍ間の高さＨを有してよい。
【0030】
更に別の実施形態において、図６Ａおよび図６Ｂに例示されるように、高速波長変換層２２０は、クラッド層６１０および６１２間に挟まれ、かつＵＶ透明基板なしで、高速光検出器２０２上へ直接統合される。光学素子２２６は高速波長変換層２２０上へ直接形成される。図６Ａおよび図６Ｂの実施形態がＰＤ２０２上に直接形成される高速波長変換層２２０を図示するが、１つの変形では、高速波長変換層２２０がまず透明層２２２上に形成され、そして透明層がＰＤ２０２に直接取り付けられることが可能である。
【0031】
クラッド層６１０および６１２により、高速波長変換層２２０から再び発せられる可視光は、境界における全内部反射（ＴＩＲ）により垂直ジグザグ様式で、高速光検出器２０２上へ直ちに伝搬できる。屈折率ｎ２を有するクラッド層には、高速波長変換層２２０のそれ（屈折率ｎ１）より低い屈折率、すなわちｎ２＜ｎ１を有することが必要とされる。図６Ｂに図示されるように、可視波長域の高反射マイクロレンズ２２８が追加され得る。マイクロレンズ２２８は、ＵＶ領域における≧９０％の透過および可視波長域における≧９９％の反射を可能にするダイクロイックフィルタでよい。
【0032】
高速波長変換層２２０は、ここで図７に関して述べられるように高速光検出器に結合されるマイクロ積分球へ実装され得る。受信器７００は、内部チャンバ７１４を有する、マイクロ積分球を形成するハウジング７１０を有する。内部チャンバ７１４の形状は球状であり、それはハウジング７１０の内面７１２によって画定される。ハウジング７１０は、ＵＶ光２４０を受信するための入口ポート７１０Ａ、および発生された可視光２４２をハウジング７１０から出させるための出口７１０Ｂを有する。１つの実施形態において、ハウジング７１０は単一の入口および単一の出口を有する。このようにして、全てではないにしても大部分の受信ＵＶ光２４０が最終的に高速波長変換層２２０によって可視光２４２へ変換され、そして全てではないにしても大部分の可視光２４２が次いで、内部チャンバ７１４外部に置かれるＰＤ２０２によって収集される。ＰＤ２０２は出口７１０Ｂに置かれる。ハウジング７１０の内面７１２の球状形状のため、ＵＶ光も可視光も、ＵＶ光の全てまたは大部分が可視光へ変換されるまでおよび可視光の全てまたは大部分がＰＤ２０２に供給されるまで、チャンバ７１４内部で多重反射を経験することに留意されたい。したがって、そのような受信器は、可視光へのＵＶ光の非常に高い変換率およびＰＤ２０２への可視光の高い収集率も有する。高速波長変換層２２０はその高透明基板２２２上に形成され、そしてそれは、例えば懸下ロッド７２０で球状内面７１２の中央に吊り下げられてよい。１つの応用では、内面７１２は高ＵＶ反射コーティング、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を有してよい。同様の性質を有する他の材料が使用されてよい。
【0033】
上述した全ての実施形態に共通するのは、高速波長変換層２２０の化学組成が、例えば４００および８００ｎｍ間の所望の出力可視波長を達成するように選択され得るということである。例えば、上述したＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトナノ結晶層２２０が使用される場合、ＵＶ光は緑色光へ変換される。しかしながら、高速波長変換層２２０の化学組成に応じて、ＵＶ光を青色もしくは赤色光または可視域における任意の他の所望の波長へ変換することが可能である。
【0034】
高透明基板２２２上に高速波長変換層２２０を形成するための方法が、ここで図８に関して述べられる。この例に関しては、高速波長変換層２２０は、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトナノ結晶を含むと見なされる。プロセスは、ステップ８００において基板２２２を設けることによって開始する。基板はＵＶ石英でよい。ステップ８０２において、基板が洗浄され、ステップ８０４において基板上へＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイト溶液がドロップキャストされ、そしてステップ８０６において基板上のドロップキャストされたペロブスカイト溶液が、例えば１時間、空気中で乾燥される。次いで、ステップ８０８において、高速波長変換層２２０および高透明基板２２２がハウジング２０４においてＰＤ２０２と組み合わされて、受信器２００を形成する。
【0035】
ステップ８０４に関して、ＣｓＰｂＢｒ３ ＱＤ溶液は、例えばＱｕａｎｔｕｍ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ＬＬＣ（ｗｗｗ．ｑｕａｎｔｕｍ－ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．ｃｏｍ）から市販されている。ＱＤは、表面上のリガンドとしてオレイン酸およびオレイルアミンを有しており、ほぼ２０ｍｇ／ｍＬのＱＤ濃度で、トルエンに分散される。トルエンを使用してＱＤ溶液を希釈することによって準備され、解析のためにフォルムバール／カーボン被覆３００メッシュ銅ＴＥＭグリッド上へドロップキャストされた試料にＴＥＭが行われた。ＣｓＰｂＢｒ３ ＮＣ層は、光学特性評価のためにＵＶ石英基板上へドロップキャストされ乾燥されて溶媒蒸発させた。
【0036】
図９Ａおよび図９Ｂは、受信器２００および７００のために使用されるＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）および高解像度ＴＥＭ（ＨＲ－ＴＥＭ）像を示す。図９Ｂに示される対応するＨＲ－ＴＥＭ像は、ほぼ６．３９±０．６ｎｍの平均サイズの立方ＮＣを現す。図９Ｃは、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣの吸収９００および光ルミネセンス（ＰＬ）９１０スペクトルを図示する。ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０が、ほぼ５０６ｎｍでの１９ｎｍの狭い半値全幅（ＦＷＨＭ）の急激なＰＬ発光９１２を有することが留意される。同時に、ＵＶ領域９０２における強吸収も観察される。加えて、図９Ｄに例示されるように３７２ｎｍ励起に続いて５０６ｎｍで監視されたＰＬ減衰トレースから、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０の光励起電子および正孔間の放射再結合時間９２０が測定された。ＰＬ寿命減衰プロファイルは５０６ｎｍで収集された。減衰曲線９２０には、ほぼ４．５±０．１ｎｓの寿命の単一の指数関数がフィットでき、したがって高速発光材料としてのこの層の可能性を示す。
【0037】
加えて、発明者らは、トルエンに分散されて石英基板上へドロップキャストされたＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣのＰＬＱＹを測定し、それが溶液形態では１に近い一方で薄膜形態では約７３％に低減されると分かった。これらの測定は、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層が、Ｓｉベースの受信器のためのその他のダウンコンバート材料、例としてアルミニウムトリス－（８－ヒドロキシキノリン）（Ａｌｑ３）、Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－Ｎ，Ｎ’－ビス－（３－メチルフェニル）－１，１’－ビフェニル－４，４’－ジアミン、ビス－（８－ヒドロキシキナルジン）－クロロガリウム（Ｇａｑ’２Ｃｌ）、フルオレンコポリマーおよびＳｕｐｅｒＹｅｌｌｏｗのＰＬＱＹより有意に高いＰＬＱＹを有することを実証する。他の有機ベースの発光材料と比較して、ＰＬＱＹの点の改善は、次元低下（３Ｄバルク層から０Ｄ ＮＣへ）による再結合速度上昇の他に、結果としてＮＣの表面欠陥低減ならびにオレイン酸およびオレイルアミンリガンドによる表面パッシベーションになる固有の合成方法に大きく起因する。この方法を使用して、ペロブスカイトＮＣは、環境の変動に影響されにくく、したがって周囲環境下で薄膜の形態でさえ、より高いＰＬＱＹをもたらす。その上、約３０～５２％のＰＬＱＹおよび数十ｎｓのＰＬ減衰時間の市販されているＣｄＳｅベースのＮＣと比較して、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣによって達成されるＰＬＱＹが有意に高く、同時にＰＬ減衰時間が速い（＜５ｎｓ）ことが明らかである。
【0038】
上述した受信器２００および７００の利点は、データまたは情報の符号化および復号化を実装する、すなわちＵＶベースの通信を達成する可能性である。この点に関して、ＵＶベースの受信器２００および７００の様々な性質が、ここで述べられる。ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０から再び発せられる光の有効な収集に関して、発光材料の追加の有無によるＳｉベースのＰＤ２０２の応答性を測定するために、図７に図示される受信器７００が使用された。１３ｍｍ２の有効面積の市販のＳｉベースのＰＩＮ接合光検出器（例えば、Ｔｈｏｒｌａｂｓ Ｉｎｃ．、ＦＤＳ１００によって製作）が比較のために使用された。図１０は、商用のＳｉベースのＰＤの測定応答性を図示する。応答性がＵＶ領域（＜３８０ｎｍ）に向けて有意に低下する（＜０．１Ａ／Ｗ）ことが明白である。この観察は、周知のように、Ｓｉベースの層へのＵＶ光の低侵入度、例えば数十ナノメートルに大きく起因し得る。
【0039】
この問題を回避するために、受信器２００または７００は、高ＰＬＱＹ ＣｓＰｂＢｒ３ ＮＣ層２２０によって吸収されるＵＶ光を、図１０にも図示されるように、ＳｉベースのＰＤが０．２Ａ／Ｗまでのより高い応答性を呈する緑色波長域へダウンシフトする。したがって、本質的に、層２２０を使用することによって、ＰＤ２０２は、ＵＶ光の代わりに主に緑色光に曝露される。
【0040】
図１１Ａは、０Ｖから－２０Ｖ（逆バイアス）までの暗条件（線１１００）下の他に２７０ｎｍ（線１１０２）および５１０ｎｍ（線１１０４）励起源下のＳｉベースのＰＤ２０２の測定Ｉ－Ｖ特性を図示する。２７０ｎｍおよび５１０ｎｍの両測定波長に対する入射光度は、ニュートラルデンシティ（ＮＤ）フィルタを使用して８．５μＷ／ｃｍ２に校正された。２７０ｎｍ光源による励起下で発生される光電流は、５１０ｎｍ光源による励起下のそれよりほぼ１桁低い。特に、積分球デバイス７００における高ＵＶ透明石英基板２２２上のＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０の追加により、ダウンコンバージョン手法は、２７０ｎｍ光源による励起下でさえＳｉベースのＰＤ２０２によるより高い吸収を可能にし、したがってより高い光電流を発生し（線１１０６を参照のこと）、５１０ｎｍ源による励起下のそれに明確に近くなる。しかしながら、ＣｓＰｂＢｒ３層２２０が照明下であるとき、吸収光子の一部分が、強化層の量子収量に応じて、より長い波長で再び発せられる一方で、残りの未吸収または散乱光子の部分は、いかなる光子変換プロセスもなくＳｉベースのＰＤ２０２へ流出し得る［１］。これらの光子は、結果としてＳｉベースのＰＤ２０２において２つの別個の波長（例えば、５１０ｎｍおよび２７０ｎｍ）から光発生される追加キャリアになるであろう。
【0041】
提案された色変換ＣｓＰｂＢｒ３ ＮＣ層２２０の実際の光発生キャリアを評価するために、発明者らは、積分球７００とＳｉベースのＰＤ２０２との間に５００ｎｍロングパス（ＬＰ）フィルタ（例えば、Ｔｈｏｒｌａｂｓ、ＦＥＬＨ０５００）が装着された結果のＩ－Ｖ特性も測定した。ＬＰフィルタを使用して未吸収ＵＶ波長光子がＳｉベースのＰＤ２０２によって検出されるのを防止することによって、図１１Ａに図示されるように（線１１０８を参照のこと）、光発生キャリアは、ＣｓＰｂＢｒ３ ＮＣ層２２０なしの２７０ｎｍ照明（線１１０２）下のそれらより高くとどまる。
【0042】
積分球受信器７００を使用して、発明者らは、ＵＶ波長域においてＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０の追加の有無によるＳｉベースのＰＤ２０２の応答性も測定した。応答性（Ｒ）は光検出器のための重要な性能指数であり、それは、次の通りに、発生される光電流（Ｉｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔ）および入射光パワー（Ｐｉｎｃｉｄｅｎｔ）に基づいて計算できる：
【0043】
【数1】
【0044】
図１１Ｂは、ＵＶＣからＵＶＡ全領域（２５０～３８０ｎｍ）にわたる裸のＳｉ ＰＤ２０２の応答性スペクトル１１２０および積分球７００へのドロップキャストＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０の挿入によるＰＤ２０２のスペクトル１１２２を図示する。図は、裸のＰＤセンサおよびＵＶ石英窓に対するスペクトル１１２４も図示する。測定は１０ｎｍ間隔でなされた。
【0045】
図１１Ｂは、応答性１１２２が、特に、ＳｉベースのＰＤが低応答性を呈すると知られているＵＶＣ波長域において、裸のＳｉベースのＰＤ２０２の応答性１１２０より非常に高くとどまることを図示する。この改善は、ＣｓＰｂＢｒ３ ＮＣ層２２０の高ＰＬＱＹおよび高ＵＶＣ吸収に起因し得る。応答性は、意図されたＵＶ動作波長を越える、ＣｓＰｂＢｒ３ ＮＣ層２２０の近帯域端における光吸収低下により長波長に向けて減少する。にもかかわらず、受信器２００または７００の特性は、有機ベースの発光材料を使用した［１］に匹敵する。［１］における有機ベースの層は、吸収スペクトルから生じる下降により２５０および３００ｎｍ間の光応答低下を呈する。
【0046】
比較的に、先に図９Ｃに図示されたように、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０の吸収スペクトルは短波長域に向けて漸次上昇し、したがって光応答は、深ＵＶ波長域においてさえ相対的に安定したままである。その上、［１］における有機ベースの層は、長いＰＬ減衰時間を有するとも知られており、その実際的応用を高速ＵＶベースの通信に限定しかねない。受信器２００および７００の応答性向上は、特に低強度ＵＶＣ光源を検出する際にＰＤの感度およびＳＮＲ比を有意に改善し得る。
【0047】
更には、発明者らは、積分球受信器７００へのＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０の追加の有無によるＳｉベースのＰＤ２０２の、外部量子効率（ＥＱＥ）としても知られている、光子変換効率を計算した。ＥＱＥは、入射光子に対するフォトダイオードによって発生される電子正孔対の比である：
【0048】
【数2】
【0049】
式中ＲλはＡ／Ｗでの応答性であり、λｉｎｃｉｄｅｎｔはナノメートルでの励起波長であり、ｈはプランク定数であり、ｃは真空中の光の速さであり、ｅは電気素量である。測定応答性に基づいて、裸のＳｉベースのＰＤ２０２に対する計算ＥＱＥ１１３０および積分球受信器７００へのＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０の包含によるＰＤ２０２に対するＥＱＥ１１３２が図１１Ｃに図示される。ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ２２０を使用することによって、光子吸収向上および光子変換プロセス後の光発生キャリアの増加により、２７０ｎｍで３８％までの高ＥＱＥ１１３２が観察される。２７０ｎｍの波長で外部量子効率の約２５％までの増分が観察されたことは注目に値する。ＵＶＣ波長域において有意に改善されたＥＱＥは、光子吸収向上および光子変換プロセス後の光発生キャリアの増加に起因する。ＵＶ波長域における光検出器のＥＱＥが緑色波長域におけるそれ、すなわち５１０ｎｍで約４６．４１％より低いままであるので、キャリア増倍プロセスが明白でないことも留意するに値する。
【0050】
ほぼ２７０ｎｍで観察されたＥＱＥピークは、先に図９Ｃに図示されたように、吸収スペクトルのピーク位置と十分に一致しており、ここで３００ｎｍを越えるより高い光子吸収を呈する。この現象の結果として、光子数が高いほど長い波長に変換されて、ＳｉベースのＰＤ２０２はより高い応答性を呈する。２７０ｎｍでの吸収係数は１．１６×１０３ｃｍ－１であると推定されており、ほぼ０．８９×１０３ｃｍ－１の３５０ｎｍ帯のそれより比較的高い。
【0051】
ＰＤの性能を評価するための別の関連パラメータ、すなわち比検出能（Ｄ＊）も以下に示すように方程式（３）に基づいて計算された：
【0052】
【数3】
【0053】
式中Ａはｃｍ２でのデバイス面積であり、ＮＥＰはＷＨｚ－１／２での雑音等価電力であり、ｅは１．６０２×１０－１９クーロンの電気素量であり、Ｉｄはアンペアでの暗電流であり、ＲλはＡ／Ｗでの応答性である。ハイブリッドＣｓＰｂＢｒ３－Ｓｉ光検出受信器２００または７００のＤ＊１１４０は、図１１Ｄに図示されるように、２７０ｎｍで７．４×１０－１２ｃｍＨｚ１／２Ｗ－１であると決定され、同じ測定波長での値が２．５×１０－１２ｃｍＨｚ１／２Ｗ－１の裸のＳｉ光検出検出器２０２のＤ＊１１４２より高い。
【0054】
加えて、提案された受信器の雑音関連性能も雑音等価電力（ＮＥＰ）に基づいて評価された。ＮＥＰは、雑音電流に等しい出力光電流を発生して１のＳＮＲをもたらす入力光強度の量として定義される。方程式（３）に基づいて計算されるように、ＵＶＣ領域において、裸のＳｉベースの光検出器のためのＮＥＰが、それぞれ２５０ｎｍおよび２７０ｎｍに対して１．４９×１０－１３および１．４０×１０－１３ＷＨｚ－１／２に達すると計算された。ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０による提案された色変換方式を使用することによって、ＮＥＰは、２５０ｎｍおよび２７０ｎｍでの同じ測定波長に対して５．７５×１０－１４および４．８６×１０－１４ＷＨｚ－１／２に１／２桁を超えて低減される。提案された色変換方式を使用することによって、ＮＥＰが裸のＳｉベースのＰＤのそれと比較して低く、特にＵＶＣ波長域において低ノイズフロアおよび検出能向上に寄与する。
【0055】
様々な商用および変更されたＳｉベースの光検出器に対する新規な受信器の性能の比較が図１２にまとめられる。受信器２００／７００（表の最後の列に記載される）に関しては、その変調帯域幅が従前のデバイスの一部より低いが、ＮＣが薄膜の形態でドロップキャストされるとき受信器２００／７００におけるＰＬＱＹはほぼ３０％有意に高く、したがって光検出を改善できるより高い光子変換効率が呈される。その上、先行の成果と比較して受信器２００／７００における低い変調帯域幅は、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣにおける再結合メカニズムの競合するバンド状態および動特性に起因し得る。他の既存のデバイスと比較して、図１２は、新規な受信器設計およびＵＶベースの通信リンクにおけるＳｉベースの受信器２０２との潜在的モノリシック統合のための、高ＰＬＱＹおよび急速ＰＬ減衰時間のＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０の優れた性能を示す。
【0056】
ＵＶベースの通信リンクに対するＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０の光安定性を更に調査するために、発明者らは、強力ＵＶＣ照明下の周囲環境において２４ｈのＰＬストレス試験を行った。最初の３ｈのＰＬ強度の漸増は、減少した溶媒の蒸発およびＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣの動特性と関連した追加の放射中心の形成に起因し得る。続く１２ｈにおいて、ＰＬ強度は周囲条件下で安定を維持した。光安定性は、数時間以内に低下する他の未処理のＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣのそれを上回る。焦束ＵＶＣ光源下の１６ｈの強力連続照射後のＰＬ強度の低下は、大概は鉛原子の熱劣化および光酸化による。ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０の性能は、例えば、光安定性および耐水性を改善すると証明された、ペロブスカイトベースのＮＣ薄膜上の強疎水性シリコーン樹脂のコーティングによって更に拡大し得る。
【0057】
ＵＶベースの通信リンクへのＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０の潜在的応用を調査するために、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層の小信号変調帯域幅が、図１３に図示される構成１３００を使用して測定された。受信器の発光体および他の部品から帯域幅制約を除去するために、数ＧＨｚまでの高変調帯域幅の７０ｍＷ ３７５ｎｍ ＵＶレーザダイオード（ＬＤ）１３０２ならびに０．２ｍｍのデバイス範囲および５×１０５Ｖ／Ｗまでの調整可能な利得のＳｉベースのアバランシェ光検出器（ＡＰＤ）２０２が使用された。ＵＶ光は、平凸レンズ１３０４を通して受信器７００の入力７１０Ａに誘導され、そして積分球受信器７００内部のＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０上へ焦束された。別の一連の平凸レンズ１３０６および対物レンズ１３０８が受信器７００の出力ポート７１０Ｂに設置されて、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０から再び発せられる光子を収集した。ＡＰＤ２０２に入る前に、ＵＶ光は、５００ｎｍロングパスフィルタ１３１０を使用してフィルタリングされた。
【0058】
コントローラ１３２０によってＬＤ１３０２に印加される正弦波ＡＣ変調信号を３００ｋＨｚから３ＧＨｚに掃引することによって、図１３Ｂに図示されるように、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ２２０なしのシステムの３ｄＢ帯域幅１３３０は、ほぼ３８０ＭＨｚであると決定される。ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０および５００ｎｍロングパスフィルタ１３１０の追加により、ほぼ７０．９２ＭＨｚの３ｄＢ帯域幅１３３２が得られる。１０ＭＨｚでの正規化応答の漸次の下降は、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０が受信器７００へ挿入されるときにシステムの全体周波数応答から生じる。そのような漸次の下降は－３ｄＢ帯域幅内であり、これは、電子ハードウェアまたはソフトウェア処理を使用する最終的なシステム実装において電力事前等化または事後等化を通じて修正できる。
【0059】
ＳｉベースのＰＤ２０２に関する応答性向上は別として、この帯域幅向上は、ＵＶＣ通信リンク向けの高速のＳｉベースのＰＤとの統合への大きな可能性を有する。短いキャリア再結合寿命（ｎｓ程度）を利用することによって、ＵＶ励起下の実証された変調帯域幅は、ＹＡＭ：Ｅｕ３＋ベース（ｍｓｅｃ程度）、Ｓｒ５（ＰＯ４）３－ｘ（ＢＯ３）ｘＣｌ：０．０４Ｅｕ２＋ベース（μｓｅｃ程度）およびＣａ８ＭｇＬｕ１－ｘ（ＰＯ４）７：ｘＴｂ３＋ベース（ｍｓｅｃ程度）の蛍光体の場合のそれより有意に高い。加えて、実証された数十ＭＨｚの高帯域幅は、いずれの他の蛍光材料より十分に高く、ＵＶベースの応用における高速データ通信へのその可能性を実証する一方でＭｂｐｓ範囲のＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ｂおよびｇ規格の要件を満たす。
【0060】
ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０において実証された高変調帯域幅は、他のコロイド状半導体ＮＣベースの光検出器、例えばＣｄＳｅ量子ドット（約５０ｋＨｚ）のそれらも上回る。その上、公開された研究の一部が数百メガヘルツまでの高変調帯域幅を実証したが、それらのデバイスに対してはＵＶ領域における吸収低下および低ＰＬＱＹも観察されており、ＵＶ通信分野におけるこれらの材料の応用を制限している。
【0061】
発明者らは、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０が、オンオフキーイング（ＯＯＫ）変調方式を使用することによってソーラーブラインドＵＶＣ通信リンクにおけるＳｉベースのＰＤのための色変換発光材料として使用できることも実証した。ＯＯＫ変調では、擬似ランダム２進系列（ＰＲＢＳ）２１０－１データ形式が送られて送信器を光変調したが、デジタルデータの１または０は、それぞれ搬送波の有無によって表現された。ＯＯＫ変調は、図２に図示される処理デバイス２０８に実装されてよい。この点に関して、処理デバイス２０８は、受信器２００／７００において受信される信号を復号化するように構成されるプロセッサを含んでよい。図１４Ａに図示されるように、構成１４００が２７８ｎｍ ＵＶＣ ＬＥＤ１４０２を含み、受信器７００内のＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０を励起する一方で、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０によって発生される緑色発光１４０４は、ＳｉベースのＡＰＤ２０２に入る前に一連の平凸レンズ１４０６、対物レンズ１４０８および５００ｎｍロングパスフィルタ１４１０に通された。６ＶのＤＣバイアスおよび２Ｖｐ－ｐのＡＣ変調ピーク間電圧がバイアスティー１４２０によってＬＥＤ１４０２に供給された。バイアスティー１４２０はＤＣ電源１４２２におよび送信器端のためのＢＥＲテスタ１４２４に接続される。ＢＥＲテスタ１４２４は受信器端におけるＢＥＲテスタ１４２６に電気接続され、そしてＢＥＲテスタ１４２６は、ＰＤ２０２によって発生される電気信号を受信する。様々な電気的パラメータを測定するためにＢＥＲテスタに多機能解析ツール１４２８が接続されてよい。
【0062】
６Ｖ ＤＣバイアスでは、発光出力電力は、ほぼ０．８ｍＷであると測定された。ＵＶＣ ＬＥＤ１４０２とＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０との間の距離はこの構成では３．５ｃｍであった一方で、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０からＳｉベースのＡＰＤ２０２までの距離はほぼ２０ｃｍであった。本実施形態において、ＵＶＣ ＬＥＤ１４０２が入口ポート７１０Ａに置かれたことに留意されたい。比較のため、発明者らは、図１４Ｂに図示されるように、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０および５００ｎｍロングパスフィルタ１４１０なしで、ＵＶ ＬＥＤ１４０２だけの場合に異なるデータレートで達成されるＢＥＲも測定した。ＡＰＤ２０２を照明する光強度を低下させるために１．６の光学濃度（ＯＤ）フィルタが使用され、ＡＰＤ前において測定された照明電力はほぼ０．５３１μＷであり、ＡＰＤの飽和限界を十分に下回った。この前に、システム帯域幅も測定され、３ｄＢ帯域幅は、送信器端における制限のため１１．１３ＭＨｚに制限された。ＵＶＣ ＬＥＤだけの場合、最高達成可能データレートは２５メガビット毎秒（Ｍｂｐｓ）と記録され、１．４ｘ１０－３の測定ＢＥＲは、３．８ｘ１０－３の順方向誤り訂正（ＦＥＣ）限界を下回る。図１４Ｂの差込みは、ほぼ３．８８のＳＮＲ比の対応するアイダイアグラムおよびＦＥＣ限界を超えるデータレートに対するほぼ閉じたアイダイアグラムを示す。
【0063】
色変換ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０が使用された場合、ＵＶ波長の代わりに緑色波長に対するＳｉベースのＡＰＤ２０２のより高い光感度のため、図１４Ｃに図示されるように、３４Ｍｂｐｓのより高いデータレートおよび３．２４のＳＮＲが達成される。図１４Ｃの差込みは、３４Ｍｂｐｓでの対応するアイダイアグラムを示す。ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣの場合、ＡＰＤを照明する測定光強度は、５００ｎｍロングパスフィルタの後で０．５０８μＷである。２つの異なる波長、すなわち２７８ｎｍおよび５０６ｎｍでＡＰＤを照明する類似の光強度が与えられると、ＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイト層２２０の場合の出力電圧（Ｖｏｕｔ）のより高い振幅、より高い受信信号電力および高ＳＮＲを以下の方程式に基づいて予想できる：
Ｖｏｕｔ＝Ｐｉｌｌｕｍｉｎａｎｃｅ×Ｒλ×Ｇ （４）
式中Ｖｏｕｔは出力電圧であり、ＰｉｌｌｕｍｉｎａｎｃｅはＡＰＤを照明する電力であり、Ｒλは異なる波長でのＳｉベースのＡＰＤの応答性であり、Ｇはトランスインピーダンスゲインである。受信器端において色変換発光材料を使用することによって、［３］は、青色ＬＥＤを直接使用する通信リンクと比較して信号および光学利得向上を実証した。しかしながら、その成果において、ＵＶ波長域において低吸収が観察されており、ＵＶベースの通信リンクへのそれらの材料の応用を制限してしまった。
Ｖｏｕｔ＝Ｐｉｌｌｕｍｉｎａｎｃｅ×Ｒλ×Ｇ （４）
式中Ｖｏｕｔは出力電圧であり、ＰｉｌｌｕｍｉｎａｎｃｅはＡＰＤを照明する電力であり、Ｒλは異なる波長でのＳｉベースのＡＰＤの応答性であり、Ｇはトランスインピーダンスゲインである。受信器端において色変換発光材料を使用することによって、［３］は、青色ＬＥＤを直接使用する通信リンクと比較して信号および光学利得向上を実証した。しかしながら、その成果において、ＵＶ波長域において低吸収が観察されており、ＵＶベースの通信リンクへのそれらの材料の応用を制限してしまった。
【0064】
達成されたデータレートは、より複雑な変調方式（例えば、直交周波数分割多重化）、事前等化、ビットローディングおよび電力割当を使用することによって更に改善できる。その上、ソーラーブラインドＵＶＣ ＬＥＤの変調帯域幅の改善およびＵＶＣ ＬＤの実現により、本明細書に述べられるものと同様の受信器に対して、数百メガヘルツまでのより高い変調帯域幅を近い将来に期待できる。
【0065】
新規な受信器２００および７００は、応答性のほぼ３倍の改善およびＥＱＥのほぼ２５％の上昇を示す。これらの受信器は、ハイブリッドＣｓＰｂＢｒ３－シリコン色変換器を使用して、ソーラーブラインドＵＶＣ通信リンクにおいて７０．９２ＭＨｚの広小信号変調帯域幅および３４Ｍｂｐｓまでの高データレートを達成することが可能であることを実証した。組成調整可能なペロブスカイトベースの蛍光体に基づくこの手法は、高速ＵＶ光検出のための低コストかつ成熟したＳｉベースのデバイスとのモノリシック統合の実現可能性を利用する。以上の説明はＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトＮＣ層２２０に重点を置いたが、ＵＶ光を可視光へ変換するための他の無機または有機材料を使用することが可能である。
【0066】
図１５に例示される一実施形態によれば、ＵＶ光を使用してデータを伝送するための方法がある。本方法は、情報を符号化した第１のＵＶ光２４０を発するステップ１５００と、高速波長変換層２２０において第１のＵＶ光２４０を受信するステップ１５０２と、高速波長変換層２２０により第１のＵＶ光と異なる波長を有する第２の光２４２を再び発するステップ１５０４と、高速光検出器２０２により第２の光２４２を符号化情報を保持した電気信号２４４へ変換するステップ１５０６と、処理ユニット２０８により電気信号２４４から情報を復号化するステップ１５０８とを含む。高速波長変換層２２０の材料が、少なくとも数メガビット毎秒の速度で光度の変化に応答するように構成される。１つの応用では、第２の光は可視光である。同材料はＣｓＰｂＢｒ３ペロブスカイトナノ結晶を含んでよく、そして高速光検出器はＳｉベースである。
【0067】
開示した実施形態は、ＵＶ光を使用するデータ通信のための方法およびシステムを提供する。この説明が本発明を限定するとは意図されないことが理解されるべきである。逆に、実施形態は、代替例、変更例および均等例を包含すると意図され、それらは添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の趣旨および範囲に含まれる。更に、実施形態の詳細な説明において、特許請求される発明の包括的な理解を提供するために多数の具体的な詳細が記載される。しかしながら、当業者は、そのような具体的な詳細なしで様々な実施形態が実践され得ることを理解するであろう。
【0068】
本実施形態の特徴および要素が特定の組合せで実施形態に記載されるが、各特徴または要素は、実施形態のその他の特徴および要素なしで単独でまたは本明細書に開示される他の特徴および要素の有無にかかわらず様々な組合せで使用できる。
【0069】
本書面による明細書は、開示される主題の例を使用して、いずれかのデバイスまたはシステムを製作および使用することならびにいずれかの組み込まれた方法を行うことも含め、当業者が同主題を実施することを可能にする。同主題の特許可能な範囲は請求項によって定められ、当業者に想起される他の例を含み得る。そのような他の例は、請求項の範囲内であると意図される。
【0070】
（参考文献）
[1] Levell, J. W., Giardini, M. E. & Samuel, I. D. W. A hybrid organic semiconductor/silicon photodiode for efficient ultraviolet photodetection. Optics Express 18, 3219-3225 (2010).
[2] Kuhlmann, W. Photodetector for ultraviolet light radiation. (2004).
[3] Dong, Y. R. et al. Nanopatterned luminescent concentrators for visible light communications. Optics Express 25, 21926-21934 (2017).
[4] Zhang, M. J. et al. Perovskite quantum dots embedded composite films enhancing UV response of silicon photodetectors for broadband and solar-blind light detection. Advanced Optical Materials 6, 1800077 (2018).
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[4] Zhang, M. J. et al. Perovskite quantum dots embedded composite films enhancing UV response of silicon photodetectors for broadband and solar-blind light detection. Advanced Optical Materials 6, 1800077 (2018).
【符号の説明】
【0071】
１００ 通信システム
１０２ ＵＶ光
１０４ ＵＶ光源
１０６ レイリーおよびミー散乱
１０７ 障害物
１０８ ＵＶ光受信器
１２０ ＵＶ光
１２１ ＵＶＣ光
１２２ オゾン層
１２４ ＵＶＡおよびＵＶＢ光
２００ 受信器
２０２ 光検出器
２０２Ａ 有効面
２０４ ハウジング
２０６Ａ、２０６Ｂ 導線
２０８ 処理ユニット
２０９ プロセッサ
２１１ メモリ
２１３ 電源
２２０ 高速波長変換層
２２２ 透明基板
２２４ チャンバ
２２６ 光学素子
２２８ マイクロレンズ
２３０ 被覆ノイズフィルタ
２４０ 第１の光
２４１ 到達ＵＶ光
２４２ 第２の光
２４４ 電気信号
６１０、６１２ クラッド層
７００ 受信器
７１０ ハウジング
７１０Ａ 入口ポート
７１０Ｂ 出口ポート
７１２ 内面
７１４ 内部チャンバ
７２０ 懸下ロッド
１３００ 構成
１３０２ レーザダイオード
１３０４ 平凸レンズ
１３０６ 平凸レンズ
１３０８ 対物レンズ
１３１０ ロングパスフィルタ
１３２０ コントローラ
１４００ 構成
１４０２ ＬＥＤ
１４０４ 発光
１４０６ 平凸レンズ
１４０８ 対物レンズ
１４１０ ロングパスフィルタ
１４２０ バイアスティー
１４２２ ＤＣ電源
１４２４ ＢＥＲテスタ
１４２６ ＢＥＲテスタ
１４２８ 解析ツール
１０２ ＵＶ光
１０４ ＵＶ光源
１０６ レイリーおよびミー散乱
１０７ 障害物
１０８ ＵＶ光受信器
１２０ ＵＶ光
１２１ ＵＶＣ光
１２２ オゾン層
１２４ ＵＶＡおよびＵＶＢ光
２００ 受信器
２０２ 光検出器
２０２Ａ 有効面
２０４ ハウジング
２０６Ａ、２０６Ｂ 導線
２０８ 処理ユニット
２０９ プロセッサ
２１１ メモリ
２１３ 電源
２２０ 高速波長変換層
２２２ 透明基板
２２４ チャンバ
２２６ 光学素子
２２８ マイクロレンズ
２３０ 被覆ノイズフィルタ
２４０ 第１の光
２４１ 到達ＵＶ光
２４２ 第２の光
２４４ 電気信号
６１０、６１２ クラッド層
７００ 受信器
７１０ ハウジング
７１０Ａ 入口ポート
７１０Ｂ 出口ポート
７１２ 内面
７１４ 内部チャンバ
７２０ 懸下ロッド
１３００ 構成
１３０２ レーザダイオード
１３０４ 平凸レンズ
１３０６ 平凸レンズ
１３０８ 対物レンズ
１３１０ ロングパスフィルタ
１３２０ コントローラ
１４００ 構成
１４０２ ＬＥＤ
１４０４ 発光
１４０６ 平凸レンズ
１４０８ 対物レンズ
１４１０ ロングパスフィルタ
１４２０ バイアスティー
１４２２ ＤＣ電源
１４２４ ＢＥＲテスタ
１４２６ ＢＥＲテスタ
１４２８ 解析ツール
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図15】
【国際調査報告】