[发明专利]基于波导平衡探测器的接收装置以及集成方法

权利要求书

1.一种基于波导平衡探测器的接收装置，其特征在于，具体包括：

集成硅光芯片，用于接收空间信号光以及本振光，并通过光电转换得到一组差分光电流信号；以及

读出电路芯片，用于将所述差分光电流信号转换为数字电压信号；

其中，所述集成硅光芯片包括无源硅光器件以及有源波导平衡探测器，所述集成硅光芯片与所述读出电路芯片通过硅通孔以三维堆叠的方式实现互连集成；

其中，所述读出电路芯片包括：

跨阻放大器：用于将所述差分光电流信号经过低噪声放大为电压信号；

模数转换器：用于将所述电压信号转换为数字信号；

输出驱动电路：用于将所述数字信号对应接口电平进行信号输出；以及

时分复用电路：连接所述跨阻放大器的使能端，用于通过时序进行选通控制实现信号读出。

2.根据权利要求1所述的基于波导平衡探测器的接收装置，其特征在于，所述无源硅光器件包括：

集成光栅阵列，用于接收空间信号光，并将所述空间信号光耦合进硅基波导，然后发送至多模干涉耦合器阵列；以及

多模干涉耦合器阵列，用于通过硅基波导接收所述空间信号光及本振光，将所述空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号；

所述有源波导平衡探测器具体为波导平衡探测器阵列，用于接收所述输出光信号，通过光电转换得到一组差分光电流信号；

其中，所述集成光栅阵列、多模干涉耦合器阵列以及波导平衡探测器阵列通过硅基波导依次连接。

3.根据权利要求2所述的基于波导平衡探测器的接收装置，其特征在于，所述集成光栅阵列、多模干涉耦合器阵列以及波导平衡探测器阵列的阵列规模均大于2×2。

4.根据权利要求2所述的基于波导平衡探测器的接收装置，其特征在于，所述集成光栅阵列包括多个耦合光栅，所述耦合光栅数目与所述多模干涉耦合器阵列中的多模干涉耦合器数目相同，所述耦合光栅通过硅基波导与所述多模干涉耦合器一一对应相连接。

5.根据权利要求2所述的基于波导平衡探测器的接收装置，其特征在于，所述平衡探测器阵列包括多个锗硅波导平衡探测器，所述锗硅波导平衡探测器数目与所述多模干涉耦合器阵列中的多模干涉耦合器数目相同，所述锗硅波导平衡探测器通过硅基波导与所述多模干涉耦合器一一对应相连接。

6.根据权利要求1所述的基于波导平衡探测器的接收装置，其特征在于，所述跨阻放大器为差分式低噪声高带宽跨阻放大器，所述跨阻放大器的输入端通过硅通孔与波导平衡探测器阵列的输出端相连接。

7.根据权利要求1所述的基于波导平衡探测器的接收装置，其特征在于，所述集成硅光芯片的集成光栅阵列、多模干涉耦合器阵列以及波导平衡探测器阵列采用硅光工艺集成；所述读出电路芯片的跨阻放大器、模数转换器、输出驱动电路以及时分复用电路采用CMOS工艺集成。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的基于波导平衡探测器的接收装置的集成方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

采用GeSi硅光工艺集成无源硅光器件以及有源波导平衡探测器得到集成硅光芯片；采用CMOS工艺集成得到读出电路芯片；

通过硅通孔以三维堆叠的方式将所述集成硅光芯片与所述读出电路芯片进行互连集成。