CN111596281B - 三维集成平衡探测器接收装置以及集成方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例中提供了一种三维集成平衡探测器接收装置以及集成方法，接收装置包括：光学透镜，用于将空间信号光进行聚集；集成硅光芯片，用于将空间信号光以及本振光光耦合到集成硅光芯片；用于将空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号；平衡探测器芯片，用于通过光电转换将输出光信号转换得到一组差分光电流信号；读出电路芯片，用于将差分光电流信号转换为数字电压信号并读出。集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片采用键合方式以及倒装焊技术进行三维集成，大大幅度降低了系统体积和系统调节难度，提升了系统稳定性，具有结构简单，体积小，功耗小的优点。

Description

三维集成平衡探测器接收装置以及集成方法

技术领域

本申请属于平衡探测技术领域，具体地，涉及一种三维集成平衡探测器接收装置以及集成方法。

背景技术

相较于传统激光雷达测距系统，基于平衡探测器的相干探测激光雷达技术不仅具有探测能力强、转换增益高、滤波性能好、稳定性高的优点，还具备较强的抗干扰能力，可以在强环境光干扰条件下工作，并且可以满足高精度探测需求，此外，还能探测信号的振幅、强度、相位等信息，在激光雷达测距系统中具有良好的应用前景。

基于平衡探测器的相干探测原理是在同一个探测系统中，放置一组光电性能相同的光电探测器件，即平衡探测器。目前基于平衡探测器的相干探测片上系统仍处于起步阶段，有些基于单个平衡探测器的相干探测激光雷达接收系统，实现的探测距离为1.4m，精度可达到微米量级，但在大规模阵列化集成上仍存在许多亟待解决的问题。近年来，国内也逐渐开始开展基于平衡探测器的相干探测系统。但是，现阶段，国内对片上平衡探测器接收系统的设计还不深入，光路实现方法较为复杂、探测视场小、且采用分立光电器件实现，集成度较差，成本较高。

发明内容

本发明提出了一种三维集成平衡探测器接收装置以及集成方法，旨在解决现有平衡探测器接收系统的光路实现方法较为复杂、探测视场小且采用分立光电器件实现导致集成度较差以及成本较高的问题。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种三维集成平衡探测器接收装置，包括：

光学透镜，用于将空间信号光进行聚集；

集成硅光芯片，用于接收聚集后的空间信号光以及本振光，并将空间信号光以及本振光耦合，将空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号；

平衡探测器芯片，用于接收集成硅光芯片的输出光信号，并通过光电转换得到一组差分光电流信号；以及

读出电路芯片，用于将差分光电流信号转换为数字电压信号，并读出数字电压信号；

其中，集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片采用键合方式以及倒装焊技术进行三维集成。

可选地，集成硅光芯片包括：

入射端光栅阵列，用于接收聚集后的空间信号光，并将空间信号光耦合进硅基波导，然后发送至多模干涉耦合器阵列；

多模干涉耦合器阵列，用于通过硅基波导连接入射端光栅阵列，接收空间信号光以及本振光；用于将空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号；

出射端光栅阵列，用于将输出光信号耦合输出至平衡探测器芯片的平衡探测器感光区；

其中，入射端光栅阵列、多模干涉耦合器阵列以及出射端光栅阵列通过硅基波导依次相连接。

可选地，读出电路芯片包括：

差分式跨阻放大器，用于将光电流信号跨阻放大为电压信号；

带通滤波器，用于将电压信号滤波，生成低噪声滤波信号；

模数转换器，用于将低噪声滤波信号转换为数字信号；

输出驱动电路，用于将数字信号对应接口电平进行信号输出；

时分复用电路，连接差分式跨阻放大器，用于通过时序进行选通控制信号的读出。

可选地，光学透镜与集成硅光芯片封装固定在一个固定板上，光学透镜与集成硅光芯片的入射端光栅阵列对准，集成硅光芯片的出射端光栅阵列与平衡探测器芯片的感光区对准。

可选地，平衡探测器芯片采用背照式PIN结构，并采用基于Ⅲ-Ⅴ族化合物工艺实现。

可选地，集成硅光芯片与平衡探测器芯片通过键合方式集成。

可选地，平衡探测器芯片与读出电路芯片通过倒装焊技术进行互联集成。

可选地，集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片采用陶瓷管壳封装。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种三维集成平衡探测器接收装置的集成方法，具体包括以下步骤：

将集成硅光芯片与平衡探测器芯片进行键合互连；

通过凸点热压法将平衡探测器芯片与读出电路芯片进行倒装互联。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种三维集成平衡探测器接收方法，具体包括以下步骤：

将空间信号光进行聚集；

接收聚集后的空间信号光以及本振光，并将空间信号光以及本振光耦合；将空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号；

接收输出光信号，并通过光电转换得到一组差分光电流信号；

将差分光电流信号转换为数字电压信号。

采用本申请实施例中的三维集成平衡探测器接收装置、接收方法以及集成方法，平衡探测器接收装置包括：光学透镜，用于将空间信号光进行聚集；集成硅光芯片，用于接收聚集后的空间信号光以及本振光，并将空间信号光以及本振光耦合；将空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号；平衡探测器芯片，用于接收集成硅光芯片的输出光信号，并通过光电转换得到一组差分光电流信号；以及读出电路芯片，用于将差分光电流信号转换为数字电压信号；其中，集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片采用键合方式以及倒装焊技术进行三维集成。本申请的三维集成平衡探测器接收装置光路复杂度低、探测视场大；采用键合以及倒装焊技术实现集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片的三维集成，大幅度降低了系统体积和系统调节难度，提升了系统稳定性，具有结构简单，体积小，功耗小的优点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1中示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的结构示意图；

图2中示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的组装剖面结构示意图；

图3中示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的原理示意图；

图4中示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的组装示意图；

图5示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的集成方法的步骤示意图；

图6示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收方法的步骤示意图。

具体实施方式

在实现本申请的过程中，发明人发现现有的基于平衡探测器的相干探测系统光路实现方法较为复杂、探测视场小、且采用分立光电器件实现，集成度较差，成本较高。在大规模阵列化集成上存在很大问题。

采用本申请实施例中的三维集成平衡探测器接收装置，将本振光和信号光经过干涉后输入到该平衡探测器中，将光信号转化为一组差分电信号，由于干涉后的两束光信号有180°的相位差，因此分别经过平衡探测器后产生的光电流具有相反的相位。这组电信号经过跨阻放大器差分放大运算，得到带有频率信息的输出电压信号，进一步经过数模转换器采样得到频率信息，该频率信息可以通过测算得到探测距离信息。本申请的光路复杂度低、探测视场大；采用键合以及倒装焊技术实现集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片的三维集成，大幅度降低了系统体积和系统调节难度，提升了系统稳定性，具有结构简单，体积小，功耗小的优点。

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

图1中示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的结构示意图。

如图1所示，本申请实施例提供的三维集成平衡探测器接收装置包括光学透镜10（图1未示出）、集成硅光芯片1、平衡探测器芯片2以及读出电路芯片3，具体的：

光学透镜10，用于将空间信号光进行聚集。

集成硅光芯片1，用于接收聚集后的空间信号光以及本振光，并将空间信号光以及本振光耦合，将空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号。

具体的，集成硅光芯片1包括入射端光栅阵列101、多模干涉耦合器阵列102、出射端光栅阵列103以及硅基波导104（图1未示出）。

入射端光栅阵列101，用于接收聚集后的空间信号光，并将空间信号光光耦合进硅基波导，然后发送至多模干涉耦合器阵列。

多模干涉耦合器阵列102，用于通过硅基波导连接入射端光栅阵列接收空间信号光，以及接收本振光；用于将空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号；

出射端光栅阵列103，用于将输出光信号耦合输出至平衡探测器芯片2的平衡探测器感光区201；

其中，入射端光栅阵列101、多模干涉耦合器阵列102以及出射端光栅阵列103通过硅基波导104相连接。

集成硅光芯片1的光栅阵列包括多个耦合光栅，每个入射端耦合光栅阵列101通过硅基波导与多模干涉耦合器阵列102中的一个多模干涉耦合器相连；多模干涉耦合器输端通过硅基波导与出射端耦合光栅阵列103相连。

平衡探测器芯片2，用于接收集成硅光芯片的输出光信号，并通过光电转换得到一组差分光电流信号。

具体的，平衡探测器芯片2包括多个背照式Ⅲ-Ⅴ族化合物平衡探测器，用于分别对出射端光栅阵列103的输出光进行光电转换，得到一组差分光电流信号。

读出电路芯片3，用于将差分光电流信号转换为数字电压信号，并读出数字电压信号。读出电路芯片3阵列通过时分复用方式实现阵列读出。

每个平衡探测器2由两个光电性能相同的PIN结构光电探测器组成，平衡探测器2的感光区201与集成硅光芯片1的出射端光栅阵列103对准，平衡探测器2的输出电极202与CMOS平衡探测器读出电路的差分输入端相连接。

具体的，读出电路芯片3包括相连接的差分式跨阻放大器TIA、带通滤波器BPF、模数转换器ADC、输出驱动电路BUF以及时分复用电路。

差分式跨阻放大器TIA，用于将光电流信号跨阻放大为电压信号，具体的，将平衡探测器芯片2阵列中的差分光电流信号进行低噪声放大，并将电压信号输入到带通滤波器BPF。具体的，差分式跨阻放大器TIA为低噪声高带宽跨阻放大器，以实现更高的动态范围。差分式跨阻放大器TIA的输入端通过铟球与平衡探测器芯片2的输出端相连接。

带通滤波器BPF，带通滤波器的输入端与差分式跨阻放大器TIA的输出端相连接。带通滤波器BPF用于将电压信号滤波，滤除信号噪声生成低噪声滤波信号。

模数转换器ADC，用于将低噪声滤波信号转换为数字信号。模数转换器ADC的输入端与带通滤波器BPF的输出端相连接。

优选地，模数转换器ADC可以采用flash-ADC结构，以实现高采样率需求。

输出驱动电路BUF，用于将数字信号对应接口电平进行信号输出。输出驱动电路BUF包括电平转换器及阻抗匹配电路，输出驱动电路的输入端与模数转换器ADC的输出端相连接。

时分复用电路，连接差分式跨阻放大器，用于通过时序进行选通控制实现阵列探测器信号的读出。时分复用电路包括相连接的多路选择器及编码器，多路选择器的输出与差分式跨阻放大器TIA的使能端相连接。

本实施例中，集成硅光芯片1、平衡探测器芯片2以及读出电路芯片3采用键合方式以及倒装焊技术进行三维集成。

读出电路芯片3设计采用CMOS工艺实现，低噪声高带宽的跨阻放大器可实现抗干扰能力强的远距离探测，带通滤波器进一步提高系统的抗噪声干扰能力；高速模数转换器可实现较高采样率，并降低系统误码率；输出电压驱动器可实现较高工作频率，并进一步降低误码率，同时实现与输出接口的阻抗匹配，提高系统性能。

图2中示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的组装剖面结构示意图。

如图2所示，光学透镜10与集成硅光芯片1封装固定在一个固定板5上，光学透镜10与集成硅光芯片1的入射端光栅阵列101对准，集成硅光芯片1的出射端光栅阵列103与平衡探测器芯片2的感光区201对准。

具体的，平衡探测器芯片2采用背照式PIN结构光电探测器，并采用基于Ⅲ-Ⅴ族化合物工艺实现。

具体的，集成硅光芯片1与平衡探测器芯片2通过键合方式集成。平衡探测器芯片2与读出电路芯片3通过倒装焊技术进行互联集成。

可选地，集成硅光芯片1、平衡探测器芯片2以及读出电路芯片3采用陶瓷管壳封装。

图3中示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的原理示意图。

如图2所示，空间信号光通过光学透镜10进行聚集，然后通过入射端光栅阵列101接收并耦合后发送至多模干涉耦合器阵列102，多模干涉耦合器阵列102将接收的空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号；输出光信号通过出射端光栅阵列103输出至平衡探测器芯片2阵列，最后由CMOS读出电路芯片3读出数字电压信号。

图4中示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的组装示意图。

集成硅光芯片1、平衡探测器芯片2以及读出电路芯片3的三维集成芯片固定在陶瓷基板4上，通过陶瓷管壳实现三维集成芯片封装。陶瓷基板与光学透镜10共同固定在固定板（PCB板）5上，芯片管脚与外围供电以及控制电路相连。

采用本申请实施例中的三维集成平衡探测器接收装置，包括：光学透镜，用于将空间信号光进行聚集；集成硅光芯片，用于接收聚集后的空间信号光以及本振光，并将空间信号光以及本振光耦合，将空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号；平衡探测器芯片，用于接收集成硅光芯片的输出光信号，并通过光电转换得到一组差分光电流信号；以及读出电路芯片，用于将差分光电流信号转换为数字电压信号；其中，集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片采用键合方式以及倒装焊技术进行三维集成。本申请的系统具有集成度高、探测灵敏度高、信噪比高、可拓展至大视场等优势，可以实现平衡探测接收系统的小型化集成，在实时、大范围、高精度的距离测量上，具有很好的表现。

具体的，本申请采用键合以及倒装焊技术实现集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片的三维集成，大幅度降低了系统体积和系统调节难度，提升了系统稳定性，具有结构简单，体积小，功耗小的优点。

且本申请的三维集成平衡探测器接收装置可支持高密度I/O互联，以实现大规模阵列集成。

本申请的三维集成平衡探测器接收装置提供了一种光学透镜与集成芯片系统的小型化安装方案，可实现入射信号光与集成入射光栅的精确对准；利用Ⅲ-Ⅴ族化合物工艺实现PIN结构的平衡探测器，实现高响应度、高灵敏度、低暗电流光电转换；利用集成CMOS工艺技术对平衡探测器的输出光电流信号放大并采样，进一步实现噪声低，带宽高的平衡探测器接收系统。

本申请的三维集成平衡探测器接收装置中，平衡探测器接收光路通过集成硅光芯片的无源器件实现，通过耦合光栅收集信号光，光路复杂度低；通过硅基波导减少了分立元件的使用，提高系统的稳定性，并大大降低了光路调节难度。

实施例2

本实施例提供了一种三维集成平衡探测器接收装置的集成方法，对于本实施例的三维集成平衡探测器接收装置及方法中未披露的细节，请参照其它实施例中的三维集成平衡探测器接收装置及方法。

图5示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的集成方法的步骤示意图。

如图5所示，三维集成平衡探测器接收装置的集成方法，具体包括以下步骤：

S1：将集成硅光芯片与平衡探测器芯片进行键合互连；

具体实现方式：采用粘合剂键合或金属键合的方式进行三维集成，将晶圆装入晶圆键合机中，在高温以及高压环境下实现集成硅光芯片1与平衡探测器芯片2的异质集成。该工艺方案实施过程中出射端光栅阵列103与平衡探测器感光区201通过尺寸匹配精确对准。

S2：通过凸点热压法将平衡探测器芯片与读出电路芯片进行倒装互联；

具体实现方式：通过置球凸点技术，在平衡探测器芯片2晶圆电极一侧制作凸点，通过凸点热压法将平衡探测器芯片2倒贴在读出电路芯片3上，并将平衡探测器输出电极与读出电路输入焊盘连接，之后进行固化以及下填充，实现平衡探测器与读出电路芯片的互连混成。

如图1所示，本申请实施例提供的三维集成平衡探测器接收装置的核心部件包括集成硅光芯片1、平衡探测器芯片2以及读出电路芯片3。

具体的，集成硅光芯片1通过硅光工艺实现，集成硅光芯片1包括入射端光栅阵列、多模干涉耦合器阵列、硅基波导及出射端光栅阵列等无源器件。

平衡探测器芯片2采用的Ⅲ-Ⅴ族化合物平衡探测器阵列为背照式结构，平衡探测器阵列的感光区201与集成硅光芯片1的出射端光栅阵列对准，平衡探测器芯片2通过键合工艺与集成硅光芯片1集成。

CMOS读出电路芯片3通过CMOS标准工艺实现，读出电路芯片3包括差分式跨阻放大器、带通滤波器、数模转换器、输出驱动电路及时分复用电路等电路构成，CMOS读出电路芯片3与平衡探测器芯片2采用倒装焊技术（flip-chip）互连混成。其中，读出电路芯片3的跨阻放大器的差分输入端通过铟球与集成硅光芯片1的平衡探测器输出电极相连接。

本申请的三维集成平衡探测器接收装置的集成系统采用引线键合方式实现进行陶瓷封装：

具体实现方式：集成硅光芯片1、平衡探测器芯片2以及读出电路芯片3固定在陶瓷基板4上，通过引线键合方式将平衡探测器以及读出电路I/O连接到陶瓷基板4上，完成互连芯片的管壳封装。

光学透镜安装方案：陶瓷基板4固定在固定板（PCB板）5上，固定板5在集成硅光芯片1的入射光栅阵列对准处开孔以安装光学透镜10，光学透镜10用于接收入射信号光并聚焦到入射端光栅阵列上，从而实现小体积的平衡探测器接收系统。

本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的集成方法，通过键合工艺将平衡探测器阵列芯片与集成硅光芯片集成，通过光栅耦合方式实现集成硅光芯片输出与平衡探测器感光区的精确对准；通过过Flip-Chip方法将平衡探测器阵列芯片与读出电路芯片互联集成，解决了阵列式平衡探测器输出I/O数密度高导致的难于集成问题，且支持探测器与读出电路芯片的高带宽信号传输，提高系统信噪比。

实施例3

本实施例提供了一种三维集成平衡探测器接收方法，对于本实施例的三维集成平衡探测器接收装置中未披露的细节，请参照其它实施例中的三维集成平衡探测器接收装置及集成方法。

图6示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收方法的步骤示意图。

如图6所示，三维集成平衡探测器接收方法，具体包括以下步骤：

S101：将空间信号光进行聚集；

S102：接收聚集后的空间信号光以及本振光，并将空间信号光以及本振光耦合；将空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号；

S103：接收输出光信号，并通过光电转换得到一组差分光电流信号；

S104：将差分光电流信号转换为数字电压信号。

具体的，空间信号光通过光学透镜进行聚集，然后通过入射端光栅阵列接收并耦合后发送至多模干涉耦合器阵列，多模干涉耦合器阵列将接收的空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号；输出光信号通过出射端光栅阵列输出至平衡探测器芯片阵列，最后由CMOS读出电路芯片读出数字电压信号。

应用本申请实施例的三维集成平衡探测器接收方法的三维集成平衡探测器接收装置，包括光学透镜、集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片。集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片采用键合方式以及倒装焊技术进行三维集成。

采用键合以及倒装焊技术实现集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片的三维集成，大幅度降低了系统体积和系统调节难度，提升了系统稳定性，具有结构简单，体积小，功耗小的优点。

采用本申请实施例中的三维集成平衡探测器接收方法，将空间信号光进行聚集；接收聚集后的空间信号光以及本振光，并将空间信号光以及本振光耦合；将空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号；接收集成硅光芯片的输出光信号，并通过光电转换得到一组差分光电流信号；最后，将差分光电流信号转换为数字电压信号并读出。本申请的方法具有集成度高、探测灵敏度高、信噪比高、可拓展至大视场等优势，在实时、大范围、高精度的距离测量上，具有很好的表现。

本申请的三维集成平衡探测器接收装置提供了一种光学透镜与集成芯片系统的小型化安装方案，可实现入射信号光与集成入射光栅的精确对准；利用Ⅲ-Ⅴ族化合物工艺实现PIN结构的平衡探测器，实现高响应度、高灵敏度、低暗电流光电转换；利用集成CMOS工艺技术对平衡探测器的输出光电流信号放大并采样，进一步实现噪声低，带宽高的平衡探测器接收系统。

本申请的三维集成平衡探测器接收装置中，平衡探测器接收光路通过集成硅光芯片的无源器件实现，通过耦合光栅收集信号光，光路复杂度低；通过硅基波导减少了分立元件的使用，提高系统的稳定性，并大大降低了光路调节难度。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种三维集成平衡探测器接收装置，其特征在于，具体包括：

光学透镜，用于将空间信号光进行聚集；

集成硅光芯片，用于接收所述聚集后的空间信号光以及本振光，并将所述空间信号光以及本振光耦合，将所述空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号；

平衡探测器芯片，用于接收所述集成硅光芯片的输出光信号，并通过光电转换得到一组差分光电流信号；以及

读出电路芯片，用于将所述差分光电流信号转换为数字电压信号；

其中，所述集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片采用键合方式以及倒装焊技术进行三维集成；

所述集成硅光芯片与平衡探测器芯片采用键合方式进行三维集成，同时通过光栅耦合方式实现集成硅光芯片输出光信号与平衡探测器感光区对准；

所述平衡探测器芯片与读出电路芯片采用倒装焊技术进行三维集成，通过凸点热压法将平衡探测器芯片倒贴在所述读出电路芯片上，同时将所述平衡探测器芯片的输出电极与所述读出电路芯片的输入端通过焊盘连接。

2.根据权利要求1所述的平衡探测器接收装置，其特征在于，所述集成硅光芯片包括：

入射端光栅阵列，用于接收所述聚集后的空间信号光，并将所述空间信号光耦合进硅基波导，然后发送至多模干涉耦合器阵列；

多模干涉耦合器阵列，用于通过所述硅基波导连接所述入射端光栅阵列，接收所述空间信号光及本振光；用于将所述空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号；

出射端光栅阵列，用于将所述输出光信号耦合输出至所述平衡探测器芯片的平衡探测器感光区；

其中，所述入射端光栅阵列、多模干涉耦合器阵列以及出射端光栅阵列通过硅基波导依次相连接。

3.根据权利要求2所述的平衡探测器接收装置，其特征在于，所述读出电路芯片包括：

差分式跨阻放大器，用于将所述光电流信号跨阻放大为电压信号；

带通滤波器，用于将所述电压信号滤波，生成低噪声滤波信号；

模数转换器，用于将所述低噪声滤波信号转换为数字信号；

输出驱动电路，用于将所述数字信号对应接口电平进行信号输出；

时分复用电路，连接所述差分式跨阻放大器，用于通过时序进行选通控制信号的读出。

4.根据权利要求2所述的平衡探测器接收装置，其特征在于，所述光学透镜与所述集成硅光芯片封装固定在一个固定板上，所述光学透镜与集成硅光芯片的入射端光栅阵列对准，所述集成硅光芯片的出射端光栅阵列与所述平衡探测器芯片的感光区对准。

5.根据权利要求1所述的平衡探测器接收装置，其特征在于，所述平衡探测器芯片采用背照式PIN结构光电探测器，并采用基于Ⅲ-Ⅴ族化合物工艺实现。

6.根据权利要求1所述的平衡探测器接收装置，其特征在于，所述集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片采用陶瓷管壳封装。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的三维集成平衡探测器接收装置的集成方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

将集成硅光芯片与平衡探测器芯片进行键合互连；

通过凸点热压法将平衡探测器芯片与读出电路芯片进行倒装互联。

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