[发明专利]三维集成平衡探测器接收装置以及集成方法

权利要求书

1.一种三维集成平衡探测器接收装置，其特征在于，具体包括：

光学透镜，用于将空间信号光进行聚集；

集成硅光芯片，用于接收所述聚集后的空间信号光以及本振光，并将所述空间信号光以及本振光耦合，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；

平衡探测器芯片，用于接收所述集成硅光芯片的输出光信号，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、平衡探测器芯片以及读出电路芯片采用键合方式以及倒装焊技术进行三维集成；

所述集成硅光芯片与平衡探测器芯片采用键合方式进行三维集成，同时通过光栅耦合方式实现集成硅光芯片输出光信号与平衡探测器感光区对准；

所述平衡探测器芯片与读出电路芯片采用倒装焊技术进行三维集成，通过凸点热压法将平衡探测器芯片倒贴在所述读出电路芯片上，同时将所述平衡探测器芯片的输出电极与所述读出电路芯片的输入端通过焊盘连接。

2.根据权利要求1所述的平衡探测器接收装置，其特征在于，所述集成硅光芯片包括：

入射端光栅阵列，用于接收所述聚集后的空间信号光，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；

多模干涉耦合器阵列，用于通过所述硅基波导连接所述入射端光栅阵列，接收所述空间信号光及本振光；用于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；

出射端光栅阵列，用于将所述输出光信号耦合输出至所述平衡探测器芯片的平衡探测器感光区；

其中，所述入射端光栅阵列、多模干涉耦合器阵列以及出射端光栅阵列通过硅基波导依次相连接。

3.根据权利要求2所述的平衡探测器接收装置，其特征在于，所述读出电路芯片包括：

差分式跨阻放大器，用于将所述光电流信号跨阻放大为电压信号；

带通滤波器，用于将所述电压信号滤波，生成低噪声滤波信号；

模数转换器，用于将所述低噪声滤波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；

时分复用电路，连接所述差分式跨阻放大器，用于通过时序进行选通控制信号的读出。

4.根据权利要求2所述的平衡探测器接收装置，其特征在于，所述光学透镜与所述集成硅光芯片封装固定在一个固定板上，所述光学透镜与集成硅光芯片的入射端光栅阵列对准，所述集成硅光芯片的出射端光栅阵列与所述平衡探测器芯片的感光区对准。

5.根据权利要求1所述的平衡探测器接收装置，其特征在于，所述平衡探测器芯片采用背照式PIN结构光电探测器，并采用基于Ⅲ-Ⅴ族化合物工艺实现。

6.根据权利要求1所述的平衡探测器接收装置，其特征在于，所述集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片采用陶瓷管壳封装。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的三维集成平衡探测器接收装置的集成方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

将集成硅光芯片与平衡探测器芯片进行键合互连；

通过凸点热压法将平衡探测器芯片与读出电路芯片进行倒装互联。