CN106597563A - 一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器，探测器集成了大面积光电转换芯片、主放大器、差分放大信号合成器和限幅放大器，探测器采用金属外壳封装、外壳表面嵌有穿孔电容作为电源接口和大面积光电转换芯片监控状态指示接口，设有两路SMA数字输出接口，两路SMA模拟输出接口，采用空间光直接耦合到探测器光电转换芯片光敏探测面上的光输入耦合方式，采用差分放大器完成高速射频信号的差分合成。本发明将空间光直接耦合到光电转换芯片的大面积光电探测面上，提高了空间探测灵敏度，大大减少了空间光通过单模光纤耦合的损耗，其模块体积小，抗干扰能力强，可以直接镶嵌在电路板上，便于用户电路的设计与安装。

Description

一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器

技术领域

本发明属于激光通信技术领域，尤其涉及无线激光相干通信领域。

背景技术

光纤耦合平衡探测器一般是将空间光信号通过单模光纤耦合，单模光纤耦合损耗大，探测灵敏度损失大。

空间耦合平衡探测器是一种用于将空间光直接耦合到平衡探测器探测光敏面上的光电转换设备，为空间相干激光通信系统提供高灵敏度的光电转换功能，提高空间相干通信系统中对共模干扰的抑制能力。

空间耦合平衡探测器对探测器光电转换芯片探测光敏面面积要求高，空间光学耦合复杂，探测灵敏度低下，通信速率不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器，旨在解决空间相干光通信中平衡探测器探测光敏面面积小、耦合效率低、灵敏度不高、对共模信号抑制度不够等技术问题。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器，包括金属封装的探测器壳体（2）、控制电路板（3），所述探测器壳体（2）上设置有两个空间光耦合输入端口（21），工作指示灯（22），两个嵌入结构的SMA数字信号输出接口（25）和两个嵌入结构的SMA模拟信号输出接口（26），穿孔电容（27），输入光信号状态监控输出接口（28），直流电源输入接口（29）；

所述控制电路板（3）包括两个光电转换芯片，主放大器，两个互补输出的差分放大器，一个限幅放大器，两个数字信号SMA输出端，两个模拟信号SMA输出端，稳压电源模块，两个光电转换芯片状态监控端，两个空间光耦合输入端口，工作指示灯模块；

主放大器分别与两个光电转换芯片、两个差分放大器、两个光电转换芯片状态监控端连接；第一差分放大器与限幅放大器连接，限幅放大器分别与两个数字信号SMA输出端连接；第一差分放大器分别与两个模拟信号SMA输出端连接；两个光电转换芯片分别与两个空间光耦合输入端口连接；

两个数字信号SMA输出端与两个嵌入结构的SMA数字信号输出接口（25）分别对应，两个模拟信号SMA输出端与两个嵌入结构的SMA模拟信号输出接口（26）分别对应，光电转换芯片状态监控信号及电源信号通过穿孔电容（27）连接到控制电路板，所述壳体（2）直接作为控制电路板的接“地”端；通过壳体（2）上的空间光耦合输入端口（21）将空间光直接耦合到控制电路板上的光电转换芯片光敏探测面上。

所述控制电路板中的光电转换芯片为PIN，光电转换芯片光敏探测面直径大于等于60微米。

所述主放大器采用单电源、反馈跨阻放大器，其具有差分互补输出功能。

所述的两个差分放大器对主放大器的互补输出信号实现射频电信号的合成。

探测器的输出包含模拟互补输出，数字互补输出，二者具有相同的相位关系。

所述限幅放大器是单电源的差分输出的放大器，采用数字、模拟双输出接口，采用CML接口标准输出。

所述壳体表面两个空间光耦合输入端口（21）间距不限于固定值，精度优于20微米；所述壳体（2）的尺寸规格为55*40*25mm。

所述壳体表面设有、控制电路板与探测器壳体间的固定螺丝孔（23），探测器壳体与底盖连接的固定螺丝孔（24），信号与功能命名区域；所述的型号和功能命名区设置在壳体（2）的正上方。

本发明将平衡探测器设置成壳式金属封装结构，并在壳体表面嵌入两路空间光耦合输入端口，通过该端口将空间光较容易的耦合到具有大面积光电探测面的光电转换芯片上，提高了光电探测灵敏度，光电探测芯片的电学与光学接口以嵌入的方式进行输入和输出，通过较少的元器件连接，实现了空间相干光通信中光电信号的探测转换。本发明提供的一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器体积小，可以镶嵌在用户其他控制系统中，便于用户对空间相干光通信的安装与设计。

附图说明

图1是一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器外壳三维图。

图2是一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器平面结构图。

图3是一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器内部控制电路板示意图。

其中，11—外壳，12—定位板，13—密封板， 21-空间光耦合输入端口，22-工作指示灯，23-控制电路板与探测器壳体间的固定螺丝孔，24-探测器壳体与底盖连接的固定螺丝孔，25-SMA数字信号输出接口，26-SMA模拟信号输出接口，27-穿孔电容，28—状态监控输出端口，29—直流电源输入接口,30—光电转换芯片，31-主放大器，32-差分放大器，33-限幅放大器，34-SMA数字输出端，35-SMA模拟输出端，36-稳压电源模块，37-光电转换芯片状态监控端，38-空间光耦合输入端口，39-工作指示灯模块。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1和图2 ，本实施例提供了一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器的壳体、所述壳体包括外壳（11）、外壳（11）上镶嵌的用于空间耦合的定位板（12），密封板（13），其中壳体两侧面均镶嵌有穿孔电容（27）、两个空间光耦合输入端口（21），SMA数字信号输出接口（25），SMA模拟信号输出接口（26），工作指示灯（22），状态监控输出接口（28），直流电源输入接口（29），固定螺丝孔（23）及壳体底盖固定连接螺丝孔（24）。所述壳体内还设有控制电路板，所述的控制电路板通过穿孔电容（27）将控制电路板光电转换芯片状态监控端（37）引出，输入光信号状态监控输出接口（28）与光电转换芯片状态监控端（37）连接，直流电源输入接口（29）与稳压电源模块（36）连接。

参照图3，所述的控制电路板包含两个光电转换芯片（30）、主放大器（31）、两个差分放大器（32）、限幅放大器（33）、两个SMA数字输出端（34）、两个SMA模拟输出端（35）、稳压电源模块（36）、光电转换芯片状态监控端（37），空间光耦合输入端口（38），工作指示灯模块（39）。

主放大器（31）分别与两个光电转换芯片（30）、两个差分放大器（32）、两个光电转换芯片状态监控端（37）连接；第一差分放大器与限幅放大器（33）连接，限幅放大器分别与两个数字信号SMA输出端（34）连接；第一差分放大器分别与两个模拟信号SMA输出端（35）连接；两个光电转换芯片分别与两个空间光耦合输入端口（38）连接；

两个数字信号SMA输出端（34）与两个嵌入结构的SMA数字信号输出接口（25）分别对应，两个模拟信号SMA输出端（35）与两个嵌入结构的SMA模拟信号输出接口（26）分别对应，光电转换芯片状态监控信号及电源信号通过穿孔电容（27）连接到控制电路板，所述壳体（2）直接作为控制电路板的接“地”端；通过壳体（2）上的空间光耦合输入端口（21）将空间光直接耦合到控制电路板上的光电转换芯片光敏探测面上。

信号光通过光电转换芯片（30）完成了光电信息转换，转换后的电信号通过主放大器（31）放大，其主放大器的一路输出经差分放大器（32）放大、限幅放大器（33）放大，最后经SMA数字输出接口输出（34），主放大器另一路输出经差分放大器（32）放大后直接通过SMA模拟输出接口输出（35），稳压电源模块（36）为控制电路板提供稳定电源，工作指示灯模块（39）显示了整个探测器的工作状态。

本发明包括金属封装的探测器壳体和控制电路板两部分，探测器壳体包括用于固定控制电路板的外壳和壳盖，二者完全密闭，外壳的两侧面各镶嵌四支穿孔电容、分别实现电源和两光电转换芯片监控状态信号与所述壳体内控制电路板的交互，空间光耦合输入端口实现空间光信号到控制电路板两光电转换芯片光信号的引入，壳体表面两路空间光耦合输入端口间距不限于固定值，精度优于20微米，壳体还设有模拟及数字SMA接口,为高速射频信号输出口。

控制电路板中的光电转换芯片为PIN；控制电路板中的光电转换芯片光敏探测面直径大于等于60微米；主放大器是单电源，具有差分互补输出的反馈跨阻放大器；两个差分放大器是实现高速的射频信号合成的核心元件；限幅放大器是单电源的差分输出的放大器，采用数字、模拟双输出接口，采用CML接口标准输出。

壳体表面设有嵌入式LED工作指示灯；壳体表面两路空间光耦合输入端口间距为8毫米，精度10微米；壳体表面设有信号与功能命名区域；壳体的尺寸规格为55*40*25mm。

在本实施例中，将平衡探测器封装成空间耦合壳式金属结构，其空间光耦合方式简单，便于提高相干探测灵敏度，减少单模光纤耦合带来的损耗，壳体四周金属密封，抗干扰能力强，体积小，便于安装，可以根据需求嵌入到用户的其他系统设计中。

作为一种具体的实现方式，本实施例中，速率为2.5G的一种空间耦合壳式高速平衡探测器，光电转换芯片采用武汉昱升光器件有限公司的YSPT745，主放大器采用MINDSPEED公司的M02015，差分放大器采用TI公司的LHM5401，限幅放大器采用MAXIM公司的max3748。

作为优选的实施方式，本实施例中所述穿孔电容（27）为探测器提供稳压电源和光电转换芯片监控状态量的输入与输出，结合了低频信号稳定和滤波的优点，同时控制电路板置于金属封装体内，避免了内外电磁信号的相互干扰，因此，非常适用于壳式金属封装的外壳上引进和输出低频信号。

为了进一步提高一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器的实用性和可识别性，在壳体正面还设有型号和规格标识区域。

以上所述仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器，包括金属封装的探测器壳体（2）、控制电路板（3），其特征在于：所述探测器壳体（2）上设置有两个空间光耦合输入端口（21），工作指示灯（22），两个嵌入结构的SMA数字信号输出接口（25），两个嵌入结构的SMA模拟信号输出接口（26），穿孔电容（27），输入光信号状态监控输出接口（28），直流电源输入接口（29）；

所述控制电路板（3）包括两个光电转换芯片，主放大器，两个互补输出的差分放大器，一个限幅放大器，两个数字信号SMA输出端，两个模拟信号SMA输出端，稳压电源模块，两个光电转换芯片状态监控端，两个空间光耦合输入端口，工作指示灯模块；

主放大器分别与两个光电转换芯片、两个差分放大器、两个光电转换芯片状态监控端连接；第一差分放大器与限幅放大器连接，限幅放大器分别与两个数字信号SMA输出端连接；第一差分放大器分别与两个模拟信号SMA输出端连接；两个光电转换芯片分别与两个空间光耦合输入端口连接；

两个数字信号SMA输出端与两个嵌入结构的SMA数字信号输出接口（25）分别对应，两个模拟信号SMA输出端与两个嵌入结构的SMA模拟信号输出接口（26）分别对应，光电转换芯片状态监控信号及电源信号通过穿孔电容（27）连接到控制电路板，所述壳体（2）直接作为控制电路板的接“地”端；通过壳体（2）上的空间光耦合输入端口（21）将空间光直接耦合到控制电路板上的光电转换芯片光敏探测面上。

2.如权利要求1所述的一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器，其特征在于：所述控制电路板中的光电转换芯片为PIN，光电转换芯片光敏探测面直径大于等于60微米。

3.如权利要求2所述的一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器，其特征在于：所述主放大器采用单电源、反馈跨阻放大器，其具有差分互补输出功能。

4.如权利要求2述的一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器，其特征在于：所述的两个差分放大器对主放大器的互补输出信号实现射频电信号的合成。

5.如权利要求1所述的一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器，其特征在于：探测器的输出包含模拟互补输出，数字互补输出，二者具有相同的相位关系。

6.如权利要求1所述的一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器，其特征在于：所述限幅放大器是单电源的差分输出的放大器，采用数字、模拟双输出接口，采用CML接口标准输出。

7.如权利要求1-6中任一项所述的一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器，其特征在于：所述壳体表面两个空间光耦合输入端口（21）间距不限于固定值，精度优于20微米；所述壳体（2）的尺寸规格为55*40*25mm。

8.如权利要求1-6中任一项所述的一种空间耦合壳式高速平衡光电探测器，其特征在于：所述壳体表面设有、控制电路板与探测器壳体间的固定螺丝孔（23），探测器壳体与底盖连接的固定螺丝孔（24），信号与功能命名区域；所述的型号和功能命名区设置在壳体（2）的正上方。