[发明专利]三维集成平衡探测器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三维集成平衡探测器接收装置以及集成方法，接收装置包括：光学透镜，用于将空间信号光进行聚集；集成硅光芯片，用于将空间信号光以及本振光光耦合到集成硅光芯片；用于将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，用于通过光电转换将输出光信号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并读出。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，大大幅度降低了系统体积和系统调节难度，提升了系统稳定性，具有结构简单，体积小，功耗小的优点。

技术领域

本申请属于平衡探测技术领域，具体地，涉及一种三维集成平衡探测器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

本发明提出了一种三维集成平衡探测器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，提供了一种三维集成平衡探测器接收装置，包括：

光学透镜，用于将空间信号光进行聚集；

集成硅光芯片，用于接收聚集后的空间信号光以及本振光，并将空间信号光以及本振光耦合，将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，用于将差分光电流信号转换为数字电压信号，并读出数字电压信号；

其中，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。

可选地，集成硅光芯片包括：

入射端光栅阵列，用于接收聚集后的空间信号光，并将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，用于通过硅基波导连接入射端光栅阵列，接收空间信号光以及本振光；用于将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，用于将输出光信号耦合输出至平衡探测器芯片的平衡探测器感光区；

其中，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。

可选地，读出电路芯片包括：

差分式跨阻放大器，用于将光电流信号跨阻放大为电压信号；

带通滤波器，用于将电压信号滤波，生成低噪声滤波信号；

模数转换器，用于将低噪声滤波信号转换为数字信号；