CN103367517A - Si基GeMSM波导共振腔增强型光电探测器 - Google Patents

Si基GeMSM波导共振腔增强型光电探测器 Download PDF

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Abstract

本发明是Si基GeMSM波导共振腔增强型光电探测器，包括光电二极管、高频放大电路、交流耦合电容、宽带匹配电路、低频取样电路、低频放大电路、低频滤波电路、交流直流切换电路；其中，光电二极管接收光信号转换为电信号，光电二极管阳极输出的高频电信号经高频放大器放大后经过电容交流耦合输出；低频电信号通过低频取样电路在光电二极管阴极与偏置电源之间取出，经过低频放大和滤波后输出；低频电信号通过交流直流切换电路、宽带匹配电路和高频电信号组合实现交流直流可切换的宽带高速光探测器。本发明可应用于光通信、光传感等领域。

Description

Si基GeMSM波导共振腔增强型光电探测器
技术领域：
本发明属光电技术领域，涉及一种光电探测器，特别涉及一种交流直流耦合可切换的高速光电探测器。
背景技术：
随着光传感技术和光通信技术的发展，对光电探测器的要求越来越高，宽带高速光电探测器在生物传感、化学传感、物理传感等领域应用广泛。宽带宽、低噪声、高灵敏度是光电探测器的主要指标，在很多探测领域，被测对象的低频响应和高频响应相差非常大，要求探测器能够在直流耦合和交流耦合之间进行切换，但随着频率响应带宽的提高，传统切换技术带来的带宽、噪声之间的矛盾难以克服。
现有技术中的基本结构如图1所示，光信号经光电二极管101转换为电信号，由高频低频分离电路102把高频信号和低频信号分开分别放大，低频信号经低频放大器105放大并由低频滤波器106滤波后控制高频放大电路103，输出所需的宽带信号。
图1中所示现有技术中，经光电二极管转换后的微弱电信号由高频低频分离电路进行信号分离，在高速探测时，光电二极管高频输出端及其连接的器件的电容直接影响探测器带宽，因此高频低频分离电路极大限制了这一技术的探测带宽，同时高频低频分离电路在微弱的高频信号被放大前引入了衰减，极大地降低了探测器的灵敏度。
发明内容：
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明提供Si基GeMSM波导共振腔增强型光电探测器，包括光电二极管、高频放大电路、交流耦合电容、宽带匹配电路、低频取样电路、低频放大电路、低频滤波电路、交流直流切换电路。
所述光电二极管接收光信号转换为电信号，光电二极管阴极受到滤波电容的限制，具有窄的频谱响应，光电二极管阳极具有宽的频谱响应。
所述高频放大电路放大光电二极管阳极输出的高频电信号。
所述交流耦合电容滤除光电二极管暗电流产生的低频电信号和其它低频电信号。
所述宽带匹配电路具有叠加低频电信号和高频电信号功能，同时把与其连接的三个端口阻抗匹配成50欧姆。
所述低频取样电路把流过光电二极管的低频电流信号转换为电压信号并放大。
所述低频放大电路放大低频采样电路输出的低频电信号。
所述低频滤波电路按带宽需求过滤低频电信号，减小高频噪声。
所述交流直流切换电路切断或接通低频信号，实现交流或直流耦合输出。
本发明的有益效果在于，光脉冲信号发射器使用宽谱光源极大降低了相干光系统要求的高稳定光源要求，低频取样电路和高频电路在前端完全分离，低频取样电路对探测器的带宽和噪声没有任何影响，在实现交流直流耦合切换功能时与单一耦合方式情况下具有相同的带宽和灵敏度。本发明的在带宽和灵敏度性能方面，与现有技术相比有显著提高。
附图说明
图1为现有技术中光电探测器结构；
图2为本发明实施例的光电探测器结构；
图3为本发明实施例的光电探测器在交流耦合时的测试结果；
图4为本发明实施例的光电探测器在直流耦合时的测试结果；
具体实施方式：
本发明提供Si基GeMSM波导共振腔增强型光电探测器。以下结合附图对本发明进行详细说明。
实施例一：
本发明提供的光电探测器，如图2所示，该探测器包括光电二极管201、高频放大电路202、交流耦合电容203、宽带匹配电路204、低频取样电路205、低频放大电路206、低频滤波电路207、交流直流切换电路208。
本实施例中，所述光电二极管201采用了波长工作范围为800nm-1650nm的铟砷化镓(InGaAs)二极管，3dB带宽为20GHz。
所述高频放大电路202采用带宽为DC-20Ghz的低噪声放大器。
所述交流耦合电容203采用0.1微法的封装为0402的高频贴片电容。
所述宽带匹配电路204低频端采用8微亨的螺旋式宽带电感来耦合高频和低频信号，高频端采用宽带匹配微带线.
所述低频取样电路205采用微弱电流感应芯片。
所述低频放大电路206采用运算放大器206。
所述低频滤波电路207采用电阻电容构成的无源滤波器。
所述交流直流切换电路208采用机械式开关。
本实施例中，光信号为脉宽100ps的随机光脉冲信号，实验测试探测器在交流耦合和直流耦合情况下的输出信号眼图如图3和图4所示，在两种情况下信号没有明显变化。上述实施例仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。

Claims (3)

1.Si基GeMSM波导共振腔增强型光电探测器，包括光电二极管、高频放大电路、交流耦合电容、宽带匹配电路、低频取样电路、低频放大电路、低频滤波电路、交流直流切换电路；其特征在于光电二极管接收光信号转换为电信号，电信号的低频部分和高频部分分开放大，低频电信号通过交流直流切换电路、宽带匹配电路和高频电信号组合实现交流直流可切换的宽带高速探测器。
2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于光电二极管阳极输出的高频电信号经高频放大器放大后经过电容交流耦合输出；低频电信号通过低频取样电路在光电二极管阴极与偏置电源之间取出，经过低频放大和滤波后输出。
3.如权利要求1或2所述的探测器，其特征在于低频电信号通过接通交流直流切换电路和高频电信号叠加实现直流耦合的宽带高速探测器，通过切断交流直流切换电路和高频电信号叠加实现交流耦合的宽带高速探测器。
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