[發明專利]一種用于微波光子系統的超寬帶多通道光電一體化探測器

在審

• 申請號: 201710978096.2
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107846248A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 王棟;馬政海;陳依軍;童偉;呂繼平;胡柳林;盧朝寶;周鵬;蔣汶兵;林都督;趙家闖
• 申請（專利權）人: 成都嘉納海威科技有限責任公司
• 主分類號: H04B10/073
• 分類號: H04B10/073;H04B10/61;H04B10/69
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙)51229
• 代理人: 李林合

技術領域

本發明屬于微波光子技術領域，具體涉及一種用于微波光子系統的超寬帶多通道光電一體化探測器的設計。

背景技術

微波光子技術(ROF)是近幾十年新興起來的一門微波和光子專業結合的交叉學科，是一種利用光子學的方法實現微波信號的產生、傳輸、控制和處理的新型技術，其核心是利用微波和光子技術的優勢，從器件層面、模塊層面解決目前微波和光子領域解決不了的問題。

陣列化高速光電探測器是微波光子領域的核心部件，是將光信號轉換為微波信號的關鍵性部件，國內單通道的水平已經達到18GHz。目前市場對陣列化高速光電探測器明確的需求為小型化的多通道陣列化InGaAs光電探測器組件，其核心技術為兩塊：高速陣列光電探測器的封裝耦合，陣列化微波匹配電路。現有的陣列化光電探測器都存在耦合工藝及寬帶匹配技術較難實現，且SIP封裝結構氣密性差的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的陣列化光電探測器都存在耦合工藝及寬帶匹配技術較難實現，且SIP封裝結構氣密性差的問題，提出了一種用于微波光子系統的超寬帶多通道光電一體化探測器。

本發明的技術方案為：一種用于微波光子系統的超寬帶多通道光電一體化探測器，包括順次連接的光探測轉換單元、低噪聲放大單元以及微波幅度均衡單元；光探測轉換單元的輸入端為光電一體化探測器的輸入端，微波幅度均衡單元的輸出端為光電一體化探測器的輸出端；光探測轉換單元、低噪聲放大單元和微波幅度均衡單元均采用燒結和金絲鍵合的方式整體固定在鋁腔體表面；光探測轉換單元用于探測與采集光信號，并將其轉換為微波信號，低噪聲放大單元用于實現微波信號的放大，微波幅度均衡單元用于實現微波信號的均衡。

本發明的有益效果是：本發明打破了現有單獨的光探測、光電轉換及模擬射頻處理，主要實現了光探測、光電轉換及模擬射頻一體化，主要包括三個功能單元，即光探測轉換單元，用于探測與采集光信號，并將其轉換為微波信號；低噪聲放大單元，用于實現微波信號的放大；微波幅度均衡單元，用于實現微波信號的均衡。每個單元都能單獨進行測試和調試，使得整個探測器通道具有非常良好的可測性與可調性。本發明的三個功能單元均采用燒結和金絲鍵合，整體固定在鋁腔體表面，便于故障定位和維修。本發明采用單面集成的方式，在保證可測試性的前提下最大程度提高集成度，整個探測器尺寸僅為54mm*33mm*7mm，能夠實現氣密封裝。

優選地，光探測轉換單元包括順次連接的輸入光纖、APD探測器模塊、跨阻放大器模塊、限幅放大器模塊、時鐘和數據恢復電路模塊以及數據選擇器模塊，輸入光纖為光探測轉換單元的輸入端，數據選擇器模塊的輸出端為光探測轉換單元的輸出端。

上述優選方案的有益效果是：APD探測器模塊用于探測與采集光信號，并將采集到的光信號轉換為電流信號；跨阻放大器模塊用于對APD探測器模塊輸出的電流信號進行放大，同時濾除其中的干擾信號；限幅放大器模塊用于對跨阻放大器模塊輸出的電流信號進行進一步放大，同時起到信號整形和過壓保護作用；時鐘和數據恢復電路模塊用于根據限幅放大器模塊輸出的電流數據信號提取時鐘信號，并得到電流數據信號和時鐘信號的相位關系，形成多路并行數據信號；數據選擇器模塊用于對時鐘和數據恢復電路模塊輸出的多路數據信號進行并串轉換，得到微波信號并輸出。

優選地，輸入光纖為5路金屬化光纖。

上述優選方案的有益效果是：實現了多通道光電轉換。

優選地，APD探測器模塊的光敏面直徑

上述優選方案的有益效果是：本發明中APD探測器模塊的光敏面尺寸遠小于低速光電探測器光敏面尺寸，便于整個超寬帶多通道光電一體化探測器的小型化設計。

優選地，限幅放大器模塊可采用自動增益控制放大器模塊替換。

上述優選方案的有益效果是：自動增益控制放大器模塊利用負反饋的原理，對輸出信號的幅值進行采樣，得到一個控制電壓，進而反向調節放大倍數，同樣可以對跨阻放大器模塊輸出的電流信號進行進一步放大，同時起到信號整形和過壓保護作用。

優選地，時鐘和數據恢復電路模塊的輸出端形成16路并行數據信號，數據選擇器模塊采用16選1數據選擇器。

上述優選方案的有益效果是：數據選擇器模塊的輸入路數與時鐘和數據恢復電路模塊的輸出路數相匹配，對時鐘和數據恢復電路模塊輸出的多路數據信號進行并串轉換，得到微波信號并輸出。