[发明专利]一种无源可见光到红外光的转换器

说明书

本发明属于转换器技术领域，并公开了一种无源的可见光到红外光的转换器，该转换器包括光伏探测器、电路板和硅基光子芯片，光伏探测器用于吸收可见光并将吸收的可见光的光子转换为电压信号输出；电路板用于连接光伏探测器和硅基光子芯片，并将电压信号传递给硅基光子芯片；硅基光子芯片包括电光调制器和耦合光栅，红外光经耦合光栅入口进入电光调制器中，电光调制器包括电极、微环波导和耦合波导，电极与电路板连接，耦合波导用于将从红外光传输进入微环波导中，微环波导在电压信号的驱动下对红外光进行调制使得红外光携带可见光的信息，以此实现红外光的无源转换。通过本发明，高效率地实现无源转换，结构简单，生产成本低。

技术领域

本发明属于转换器技术领域，更具体地，涉及一种无源可见光到红外光的转换器。

背景技术

可见光通信扩展了无线通信的频谱范围，提供了具有节能性和保密性的新型高速无线通信方式，获得了快速的发展。而成熟的红外频段光纤通信系统承载了全世界绝大多数的数据通信量。通过将可见光信息转换到红外光频段的方式，实现可见光通信和光纤通信的直接连通，有着重要的意义。另一方面，对自然光照情况的监控可以为农业种植，太阳能资源评估等提供数据支持，需要探测偏远无人地区的光照信息并远程传输回中心局。将光照信息转换到红外光，并通过长距离低损耗光纤传输是一种低成本的可行方案，为适应无人区环境还需实现无源的转换。

目前，传统的可见光到红外光转换方案一般是应用光学非线性效应的参量过程，存在转换效率低、能耗高，被转换光必须是激光，需要有源设备提供的强泵浦光等问题。因此，实现可见光到红外光高效无源转换的器件有着重要的实用价值。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种无源可见光到红外光的转换器，通过对其关键组件光伏探测器和硅基光子芯片的结构设计和结构布局，使得可见光被吸收后被光伏探测器转换为电压信号，该信号被输入硅基光子芯片，调制通过硅基电光调制器的红外光，从而获得携带可见光的信息的红外光，以此实现可见光到红外光的高效无源转换，并具备光纤通信长距离传输的特点。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种无源可见光到红外光的转换器，其特征在于，该转换器包括光伏探测器、电路板和硅基光子芯片，其中，

所述光伏探测器用于吸收可见光能量并同时将吸收的可见光的信号转换为电压信号输出；所述电路板用于连接所述光伏探测器和硅基光子芯片，并将所述电压信号传递给所述硅基光子芯片；

所述硅基光子芯片包括电光调制器和耦合光栅，所述耦合光栅包括出口和入口，所述红外光经所述入口进入所述电光调制器中，所述电光调制器包括电极、微环波导和耦合波导，所述电极与所述电路板连接，用于接收来自所述电路板的电压信号并将其传递给所述微环波导的PIN结中，所述耦合波导用于将从所述入口进入的红外光传输并耦合进入所述微环波导中，所述微环波导PIN结接收所述电压信号后将载流子注入所述微环波导中的波导中使得该波导的折射率发生改变，折射率发生改变后的所述波导对所述红外光进行调制，从而使得所述红外光携带所述可见光的包括强度或数字的信息，该携带所述可见光信息的红外光从所述耦合光栅的出口输出，以此实现所述可见光到红外光的无源转换。

进一步优选地，所述光伏探测器从下至上依次包括基底、导电基底、隔离层、电子吸收层、分隔层和空穴吸收层，所述隔离层用于将所述导电基底和电子吸收层隔离，所述分隔层用于将所述电子吸收层与所述空穴吸收层分隔，所述导电基底上设置有正电极和负电极，所述空穴吸收层与所述正电极相连，所述电子吸收层与所述负电极相连，所述电子吸收层、分隔层到和空穴吸收层中均填充有吸收可见光的材料，可见光从所述光伏探测器的下方照射，穿过所述基底和导电基底被所述吸收可见光的材料吸收产生载流子，所述电子吸收层吸收所述载流子中的电子传输给所述负电极，所述空穴吸收层吸收所述载流子中的空穴传输给所述正电极，以此在所述负电极和正电极之间形成电压信号。