[发明专利]二维高速光电转换阵列芯片

说明书

本发明公开了一种二维高速光电转换阵列芯片，该芯片基于集成光子技术，构建二维光栅耦合器阵列，实现空间光信号的高效接收，配合片上光电探测器阵列，实现微波信号的多通道并行输出。本发明针对传统光电探测器阵列在二维高速光信号探测中，因通道间电学串扰难以实现高速信号并行输出的问题，基于光子高速并行处理与传输的优势，将空间二维光信号接收和一维高速光电转换相结合，实现空间光信号的二维高速光电探测。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及集成微波光子领域的二维高速光电转换阵列芯片技术研究。

背景技术

随着5G的大规模商用，全球业界已经开启对下一代移动通信技术(6G)的研究探索。相比于5G的高速率、大连接、低延时，高可靠的特点，6G带来的是沉浸化、智慧化、全域化等全新趋势。为满足未来6G更加丰富的业务应用以及极致的性能需求，需要探索新的物理维度，以实现信息传输方式的革命性突破。智能全息无线电是利用电磁波的全息干涉原理实现电磁空间的动态重构和实时精密调控，将实现从射频全息到光学全息的映射，通过射频空间谱全息和全息空间波场合成技术实现超高分辨率空间复用，可满足未来6G的超高谱效率、超高数据密度和超高容量等需求。

智能全息无线电技术将光子技术引入大规模射频处理领域，基于微波光子学的射频和光学的相互转换，不仅可以全面地记录全空间射频信号的振幅和相位，而且能合成复杂的空间电磁分布，微波光学实时处理技术是实现智能全息无线电的核心技术之一，需要实现二维空间光信号探测。但是，传统光电探测器阵列在二维高速光信号探测中，因通道间电学串扰难以实现高速信号并行输出的问题，成为了限制二维光电探测器阵列发展的瓶颈。因此，亟需提出一种新的思路，来解决上述瓶颈问题。

发明内容

本申请的目的在于至少解决背景技术中描述的问题，为此本申请提出了一种二维高速光电转换阵列芯片，其包括位于芯片中部区域的光栅耦合器阵列，所述光栅耦合器阵列包括多个光栅耦合器用于接收空间光信号；位于芯片四周边沿区域的光电探测器阵列，光电探测器阵列包括多个光电探测器用于分别将空间光信号中的每个光信号转化为微波信号，并且能够实现微波信号多通道并行输出的功能；以及多个光导，其中每个光导连接所述光栅耦合器阵列中的一个光栅耦合器和所述光电探测器阵列中的一个光电探测器，用于将该光栅耦合器接收的光信号传输至所述光电探测器。

在一些实施例中，所述光栅耦合器的排列布局为规则排列布局或非规则排列布局，其目的都是为了可在固定的接收平面内实现光栅的高填充因子，实现空间光信号的高效率接收。

在一些实施例中，所述的光栅耦合器阵列的排列为正向排列布局或正向和负向组合排列布局。

在一些实施例中，所述光电探测器包括高频光电探测器，其按照N×1或N×2的线阵结构排列。

在一些实施例中，所述光栅耦合器为均匀周期光栅耦合、或非均匀周期光栅耦合器、或反射镜光栅耦合器、或双输出光栅耦合器四种之一。

在一些实施例中，所述光栅耦合器的有效孔径根据所述空间光束的尺寸大小确定。

在一些实施例中，所述光栅耦合器的有效孔径为几微米至几十微米。

在一些实施例中，所述光栅耦合器的接收空间光束的角度为任意角度。

本发明的有益效果包括但不限于:

1.本发明以高速、大阵列为目标，利用光子技术的高速、大带宽、抗电磁干扰等优势，构建二维光栅接收阵列，配合一维高速光电探测器阵列，可有效克服高速二维探测器阵列中严重的电学串扰问题。

2.本发明采用光栅耦合器阵列结构实现空间光信息的高效率接收。

附图说明

图1是根据本申请的实施例的二维高速光电转换阵列芯片结构示意图。

图2是根据本申请的实施例的均匀光栅耦合器的二维结构示意图。