[發明專利]Si基GeMSM波導共振腔增強型光電探測器

有效

• 申請號: 201210091862.0
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN103367517A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 姜炎
• 申請（專利權）人: 青島博光電子有限公司
• 主分類號: H01L31/101
• 分類號: H01L31/101
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬光電技術領域，涉及一種光電探測器，特別涉及一種交流直流耦合可切換的高速光電探測器。

背景技術：

隨著光傳感技術和光通信技術的發展，對光電探測器的要求越來越高，寬帶高速光電探測器在生物傳感、化學傳感、物理傳感等領域應用廣泛。寬帶寬、低噪聲、高靈敏度是光電探測器的主要指標，在很多探測領域，被測對象的低頻響應和高頻響應相差非常大，要求探測器能夠在直流耦合和交流耦合之間進行切換，但隨著頻率響應帶寬的提高，傳統切換技術帶來的帶寬、噪聲之間的矛盾難以克服。

現有技術中的基本結構如圖1所示，光信號經光電二極管101轉換為電信號，由高頻低頻分離電路102把高頻信號和低頻信號分開分別放大，低頻信號經低頻放大器105放大并由低頻濾波器106濾波后控制高頻放大電路103，輸出所需的寬帶信號。

圖1中所示現有技術中，經光電二極管轉換后的微弱電信號由高頻低頻分離電路進行信號分離，在高速探測時，光電二極管高頻輸出端及其連接的器件的電容直接影響探測器帶寬，因此高頻低頻分離電路極大限制了這一技術的探測帶寬，同時高頻低頻分離電路在微弱的高頻信號被放大前引入了衰減，極大地降低了探測器的靈敏度。

發明內容：

鑒于現有技術中存在的上述問題，本發明提供Si基GeMSM波導共振腔增強型光電探測器，包括光電二極管、高頻放大電路、交流耦合電容、寬帶匹配電路、低頻取樣電路、低頻放大電路、低頻濾波電路、交流直流切換電路。

所述光電二極管接收光信號轉換為電信號，光電二極管陰極受到濾波電容的限制，具有窄的頻譜響應，光電二極管陽極具有寬的頻譜響應。

所述高頻放大電路放大光電二極管陽極輸出的高頻電信號。

所述交流耦合電容濾除光電二極管暗電流產生的低頻電信號和其它低頻電信號。

所述寬帶匹配電路具有疊加低頻電信號和高頻電信號功能，同時把與其連接的三個端口阻抗匹配成50歐姆。

所述低頻取樣電路把流過光電二極管的低頻電流信號轉換為電壓信號并放大。

所述低頻放大電路放大低頻采樣電路輸出的低頻電信號。

所述低頻濾波電路按帶寬需求過濾低頻電信號，減小高頻噪聲。

所述交流直流切換電路切斷或接通低頻信號，實現交流或直流耦合輸出。

本發明的有益效果在于，光脈沖信號發射器使用寬譜光源極大降低了相干光系統要求的高穩定光源要求，低頻取樣電路和高頻電路在前端完全分離，低頻取樣電路對探測器的帶寬和噪聲沒有任何影響，在實現交流直流耦合切換功能時與單一耦合方式情況下具有相同的帶寬和靈敏度。本發明的在帶寬和靈敏度性能方面，與現有技術相比有顯著提高。

附圖說明

圖1為現有技術中光電探測器結構；

圖2為本發明實施例的光電探測器結構；

圖3為本發明實施例的光電探測器在交流耦合時的測試結果；

圖4為本發明實施例的光電探測器在直流耦合時的測試結果；

具體實施方式：

本發明提供Si基GeMSM波導共振腔增強型光電探測器。以下結合附圖對本發明進行詳細說明。

實施例一：

本發明提供的光電探測器，如圖2所示，該探測器包括光電二極管201、高頻放大電路202、交流耦合電容203、寬帶匹配電路204、低頻取樣電路205、低頻放大電路206、低頻濾波電路207、交流直流切換電路208。

本實施例中，所述光電二極管201采用了波長工作范圍為800nm-1650nm的銦砷化鎵(InGaAs)二極管，3dB帶寬為20GHz。

所述高頻放大電路202采用帶寬為DC-20Ghz的低噪聲放大器。

所述交流耦合電容203采用0.1微法的封裝為0402的高頻貼片電容。

所述寬帶匹配電路204低頻端采用8微亨的螺旋式寬帶電感來耦合高頻和低頻信號，高頻端采用寬帶匹配微帶線.

所述低頻取樣電路205采用微弱電流感應芯片。

所述低頻放大電路206采用運算放大器206。

所述低頻濾波電路207采用電阻電容構成的無源濾波器。

所述交流直流切換電路208采用機械式開關。

本實施例中，光信號為脈寬100ps的隨機光脈沖信號，實驗測試探測器在交流耦合和直流耦合情況下的輸出信號眼圖如圖3和圖4所示，在兩種情況下信號沒有明顯變化。上述實施例僅用于說明本發明，而非用于限定本發明。