[發明專利]一種集成制冷和光纖的紅外單光子探測器真空封裝結構

在審

• 申請號: 202110272437.0
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113035967A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 張義榮;鄧仕杰
• 申請（專利權）人: 傳周半導體科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01L31/0203
• 分類號: H01L31/0203;H01L31/024;H01L31/0232;G02B6/42
• 代理公司: 北京久維律師事務所 11582
• 代理人: 邢江峰

本發明提供的是一種集成制冷和光纖的紅外單光子探測器真空封裝結構，由紅外單光子雪崩光電二極管(1)、半導體制冷片(2)、管殼(3)、管腳(4)、散熱底殼(5)、可調焦距透鏡(6)、光纖(7)、光纖轉接器(8)、封裝空腔(9)和光纖接頭(10)組成。本發明將紅外單光子雪崩光纖二極管所需要的制冷功能、光纖耦合功能和真空條件集成在一個結構內，極大的提高了紅外單光子雪崩光纖二極管封裝的集成度，可廣泛用于光纖通信，量子通信，光電測量等領域。

(一)技術領域

本發明涉及的是一種集成制冷和光纖的紅外單光子探測器真空封裝結 構，本發明可用于光纖通信，量子通信，光電測量。屬于單光子探測技術領域。

(二)背景技術

單光子探測技術是超靈敏光信號檢測的諸多技術之一，在物理學、化 學、生物學等學科以及工程應用領域有著十分廣泛的應用。在眾多波段的單光 子探測技術中，近紅外單光子探測技術由于其應用的廣泛性和重要性引起了更 多的關注，尤其是在具有重要應用價值的量子保密通信系統中，通信波段的近 紅外單光子探測器作為核心器件，直接決定了系統的通信距離、成碼率和誤碼 率。由于熱激發的作用，使得近紅外單光子探測器結區的電子從價帶躍遷至導 帶，從而導致熱噪聲，熱噪聲會使探測器產生較多的暗計數，會降低探測器的 靈敏度和探測效率，嚴重影響到近紅外單光子探測器的性能發揮，近紅外單光子探測器需要在低溫環境下運行。

現有的探測器封裝有：陳鵬杰等于2012年公開了一種紅外探測器集成 光學封裝結構，該結構集成了探測器封裝、制冷機構和光學窗口；莫德鋒等于 2017年公開了一種集成多級熱電制冷器的焦平面紅外探測器組件封裝結構，該 類型組件可以實現大規模焦平面模塊的制冷封裝，結構簡單、制冷溫度低；劉 果等人于2017年公開了一種雪崩探測器耦合封裝結構，該發明由雪崩探測器、 自聚焦透鏡載體、光纖組件和傳輸光纖構成，使得探測器的封裝結構可以對接 光纖。但是，以上發明存在問題：沒有同時將制冷和光纖集成在同一個封裝內， 使得它們只能單獨用于制冷封裝或者集成光纖的封裝結構中。

為了解決上述問題，本發明公開了一種集成制冷和光纖的紅外單光子 探測器真空封裝結構，可用于光纖通信，量子通信，光電測量等領域。該封裝 結構同時將制冷和光纖同時集成在一起，使得該封裝結構既能對紅外單光子探 測器進行制冷又可以進行光纖耦合。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種集成制冷和光纖的紅外單光子探測器真空 封裝結構，可用于光纖通信，量子通信，光電測量等領域。

一種集成制冷和光纖的紅外單光子探測器真空封裝結構，由紅外單光 子雪崩光電二極管(1)、半導體制冷片(2)、管殼(3)、管腳(4)、散熱底殼(5)、可 調焦距透鏡(6)、光纖(7)、光纖轉接器(8)、封裝空腔(9)和光纖接頭(10)組成。

本發明是這樣實現的：封裝結構中管殼(3)和散熱底殼(5)緊密連接在一 起，兩者密封后通過真空處理使封裝空腔(9)內形成真空環境；紅外單光子雪崩 光電二極管(1)貼附在半導體制冷片(2)的冷端，半導體制冷片(2)為紅外單光子 雪崩光電二極管(1)提供工作運行所需的低溫條件，半導體制冷片(2)的熱端貼附 在散熱底殼(5)上，半導體制冷片(2)將熱量傳遞到散熱底殼(5)來進行散熱；紅 外單光子雪崩光電二極管(1)和半導體制冷片的陰極和陽極通過鍵合金絲連接 到管腳(4)以便與外部驅動電路連接；光纖轉接器8一端固定有光纖(7)，另一端 與管殼(3)的頂部連接，其內部安裝可調焦距透鏡(6)；紅外入射光通過光纖連接 器8耦合到光纖(7)，經過光纖(7)傳輸到可調焦距透鏡(6)，可調焦距透鏡(6)將 光纖(7)輸出的紅外光聚焦到紅外單光子雪崩光電二極管(1)的表面。