[发明专利]一种片上集成平衡探测接收系统和方法

说明书

本申请公开了一种片上集成平衡探测接收系统和方法，包括：光学天线透镜获取空间光，通过光纤发送至集成光栅阵列；集成光栅阵列将空间光耦合进硅基波导发送至多模干涉耦合器阵列；波导端面耦合器获取本振光，耦合进硅基波导，发送至多模干涉耦合器阵列；多模干涉耦合器阵列对信号光和本振光进行干涉混频，得到第一输出光和第二输出光，发送至波导平衡探测器阵列；波导平衡探测器阵列对第一输出光和第二输出光进行光电转换和中频探测，得到第一中频电信号和第二中频电信号，发送至信号处理模块；信号处理模块对第一中频电信号和第二中频电信号进行处理，获取信号信息。光路复杂度低、探测视场大、调节难度低、稳定性高、结构简单、体积小，功耗小。

技术领域

本申请涉及相干探测技术领域，尤其涉及一种片上集成平衡探测接收系统和方法。

背景技术

相干探测技术不仅具有探测能力强、转换增益高、滤波性能好、稳定性高等特点，还能探测信号的振幅、强度、相位等信息，被广泛应用于微弱信号的检测领域。但由于普通相干探测的参考光功率利用率低、噪声大等原因，使得相干探测在某些领域不能满足对探测范围、探测精度和灵敏度的要求，平衡探测应运而生。

平衡探测是在同一个探测系统中，放置两组探测器件，分别将参考光和信号光输入到光电二极管中，将光信号转化为电信号，然后经过减法器运算，从而输出外差信号。自平衡探测技术发现以来，在美国、德国等国家已发展较为成熟，并已广泛应用到科研生产中。美国Discovery Semiconductors公司研发的1550nm平衡外差探测器件，在相干光纤数字通信系统的应用中，中频分辨率小于1Hz，实现了信噪比的提高和参考光的有效利用。近年来，国内也逐渐开始将平衡探测技术应用到激光测风雷达系统、相干差分吸收激光雷达系统和近红外激光相干干涉系统中。但是，现阶段，国内对平衡探测研究还不深入，例如光路实现方法复杂、探测视场小、没有相关实验来进一步提高平衡探测的信噪比等。

传统的平衡探测系统多利用空间分立器件(如空间镜头、空间偏振器件等)搭建，体积大，结构复杂、功耗大、调试不方便。

综上所述，需要提供一种光路复杂度低、探测视场大、体积小，结构简单、功耗小、调试方便的探测接收系统和方法。

发明内容

为解决以上问题，本申请提出了一种片上集成平衡探测接收系统和方法。

一方面，本申请提出一种片上集成平衡探测接收系统，包括：

光学天线透镜，用于获取空间光，通过光纤发送至集成光栅阵列；

集成光栅阵列，通过硅基波导与多模干涉耦合器阵列相连，用于将所述空间光耦合进硅基波导，发送至多模干涉耦合器阵列；

波导端面耦合器，通过硅基波导与多模干涉耦合器阵列相连，用于获取本振光，将所述本振光耦合进硅基波导，发送至多模干涉耦合器阵列；

多模干涉耦合器阵列，通过硅基波导与波导平衡探测器阵列相连，用于对接收到的信号光和本振光进行干涉混频，得到第一输出光和第二输出光，发送至波导平衡探测器阵列；

波导平衡探测器阵列，用于分别对第一输出光和第二输出光进行光电转换和中频探测，得到第一中频电信号和第二中频电信号，发送至信号处理模块；

信号处理模块，用于对所述第一中频电信号和第二中频电信号进行处理，获取信号信息；

所述光学天线透镜、集成光栅阵列、波导端面耦合器、多模干涉耦合器阵列、波导平衡探测器阵列和信号处理模块使用CMOS工艺进行互联。

优选地，所述光学天线透镜为衍射微透镜阵列，具体用于将空间光聚焦于焦平面处，成阵列像，获取空间光。

优选地，所述光纤包括：多芯光纤或光纤束。