[发明专利]基于波导平衡探测器的接收装置以及集成方法

说明书

本申请实施例中提供了一种基于波导平衡探测器的接收装置以及集成方法，平衡探测器接收装置包括：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；读出电路芯片，用于将差分光电流信号转换为数字电压信号；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。本申请的基于波导平衡探测器的接收装置具有集成度高、探测灵敏度高、信噪比高、可拓展至大视场等优势，利用硅通孔技术实现集成硅光芯片与CMOS集成读出电路芯片的三维集成，体积小，结构简单、光损耗小且调节难度低。

技术领域

本申请属于平衡探测技术领域，具体地，涉及一种基于波导平衡探测器的接收装置以及集成方法。

背景技术

相较于传统激光雷达测距系统，基于平衡探测器的相干探测激光雷达技术不仅具有探测能力强、转换增益高、滤波性能好、稳定性高的优点，还具备较强的抗干扰能力，可以在强环境光干扰条件下工作，并且可以满足高精度探测需求，此外，还能探测信号的振幅、强度、相位等信息，在激光雷达测距系统中具有良好的应用前景。

基于平衡探测器的相干探测原理是在同一个探测系统中，放置一组光电性能相同的光电探测器件，即平衡探测器。目前基于平衡探测器的相干探测片上系统仍处于起步阶段，有些基于单个平衡探测器的相干探测激光雷达接收系统，实现的探测距离为1.4m，精度可达到微米量级，但在大规模阵列化集成上仍存在许多亟待解决的问题。近年来，国内也逐渐开始开展基于平衡探测器的相干探测系统。但是，现阶段，国内对片上平衡探测器接收系统的设计还不深入，光路实现方法较为复杂、探测视场小、且采用分立光电器件实现，集成度较差，成本较高。

发明内容

本发明提出了一种基于波导平衡探测器的接收装置以及集成方法，旨在解决现有平衡探测器接收系统的设光路实现方法较为复杂、探测视场小且采用分立光电器件实现导致集成度较差以及成本较高的问题。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种基于波导平衡探测器的接收装置，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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。