CN117581112A - 平衡光电检测器及其方法 - Google Patents

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Abstract

平衡光电检测器可包括：平衡光电检测器，包括：在公共节点处相互耦合的第一光电二极管和第二光电二极管，其中第一光电二极管具有第一有效响应性，第二光电二极管具有第二有效响应性；以及控制电路，配置成用于设置平衡光电检测器的操作参数，以便补偿第一有效响应性与第二有效响应性之间的差异。

Description

平衡光电检测器及其方法
相关申请的交叉引用
根据《专利合作条约》提交的本申请要求于2021年12月17日提交的美国申请17/553,866的优先权，其全部内容并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及平衡光电检测器、平衡光电检测器及其方法(例如，操作平衡光电检测器的方法)。
背景技术
平衡光电检测是一种基于两个或更多个经历不同传播路径的光信号的差分组合的感测技术。差分组合确保突出两个或更多个光信号之间的差异，而两个或更多个光信号公共的任何噪声(例如，与公共光源相关联的噪声)都会被抵消。平衡光电检测因此增强了与光信号沿相应传播路径遇到的不同传播条件相关联的结果信号，同时减少或消除光信号之间的任何公共噪声，从而提供高信噪比(signal to noise ratio，SNR)。因此，平衡光电检测可用于各种应用，其中光信号之间的小信号波动可提供有关感兴趣目标的信息(例如，沿其中一个传播路径放置的生物样本)。
附图说明
贯穿附图，相同的附图标记用于描绘相同或类似的要素、特征和结构。这些附图不一定按比例绘制，而是一般着重于说明本公开的各方面。在以下描述中，参照下面的附图描述本公开的一些方面，其中：
图1A以示意图示例性地示出平衡光电检测器；
图1B以示意图示例性地示出平衡光电检测器；
图2A示例性地示出图示出偏置电压与光电二极管的响应性之间的关系的图表；
图2B示例性地示出图示出平衡光电检测器在主动调整前后的共模抑制比的图表；
图2C示例性地示出图示出温度与光电二极管的响应性之间的关系的图表；
图3以示意图示例性地示出包括平衡光电检测器的平衡光电检测器；
图4A和图4B各自以示意图示例性地示出包括平衡光电检测器的平衡光电检测器的实现方式；
图5以示意图示例性地示出包括具有平衡光电检测器的平衡光电检测器的LIDAR系统；
图6示例性地示出操作平衡光电检测器(包括平衡光电检测器)的方法的示意流程图；以及
图7图示出具有LIDAR系统的交通工具的示意图；
具体实施方式
以下详细描述中对附图进行参考，附图通过图示方式示出了可在其中实施本公开的具体细节和方面。足够详细地描述了一个或多个方面以使本领域的技术人员能实施本公开。可利用其他方面，并且可作出结构的、逻辑的和电气的改变，而不背离本公开的范围。本文所描述的各方面不一定是互斥的，因为可将一些方面与一个或多个其他方面组合以形成新的方面。结合方法(例如，操作平衡光电检测器的方法)描述各个方面，并且结合设备(例如，平衡光电检测器、平衡光电检测器、光子集成电路(photonic integrated circuit，PIC)和光检测和测距(light detection and ranging，LIDAR)系统)描述各个方面。
然而，可理解，结合方法描述的方面可被类似地应用于设备，并且反之亦然。贯穿附图，应注意，相同的附图标记用于描绘相同或类似的要素、特征和结构。
平衡光电检测器可被理解为配置成用于在两个或更多个光信号之间提供差分测量的检测设备。平衡光电检测器可包括两个相互连接以使得相应的光电流可以以差分方式组合的光电二极管(另见图1A和图1B)。一个光电二极管可被配置成用于接收光信号中的一个，并且另一个光电二极管可被配置成用于接收光信号中的另一个。平衡光电检测器可被配置成用于差异地结合(例如，放大)与两个光信号相关联的光电流，以提供与光电流之间的差异相关联的电信号。差分组合(例如，差分放大)可以放大光信号之间的差异，同时拒绝光信号的公共部分(例如，公共噪声)，从而提供具有高SNR的测量。平衡光电检测器的一个优点是所谓的共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio，CMRR)，它代表平衡光电检测器抵消光信号中公共(噪声)部分的能力，如下文进一步详细描述。平衡光电检测器在本文也可以称为平衡光电接收器或平衡检测器。
平衡光电检测器可用于各种应用领域，诸如例如，频率调制光谱学、光散射光谱学、飞秒超声、光学相干断层扫描、红外气体传感器、同源检测和相干光学码分多址(codedivision multiple access，CDMA)。平衡光电检测器的光信号中的一个可以提供参考信号，而另一个光信号可以以与参考信号的差异形式(例如，相位、光功率等差异)携载有关感兴趣目标的信息。沿光信号相对于参考信号的光学路径与目标接触后该光信号的光学特性的变化可用于确定该目标的一个或多个属性。平衡光电检测器的特定使用领域可能是光电检测和测距(LIDAR)应用，如下文进一步详细所描述。具有平衡光电二极管的平衡光电检测器可用于光通信系统、LIDAR照明和感测、机器人、辅助和自主驾驶、自主交通工具、机器人轴、无人机、飞机和空中出租车的组件。LIDAR系统可用作自主交通工具、自主机器人或自主UAV或无人机中的组件，用于在内部以及外部感测物体。LIDAR系统也可以用于交通工具、机器人、UAV或无人机的辅助系统。LIDAR系统可能是多模态感测系统的一部分，与相机、雷达、超声或毫米波超宽带(ultra-wideband，UWB)并行或结合使用。导航和自主或辅助决策可以完全或部分基于LIDAR系统。此外，LIDAR系统可用于诸如智能手机、平板电脑或笔记本电脑之类的移动设备，以用于包括环境、物体、人、姿势检测或手势检测的目的。
在平衡光电检测器中，由于非理想性，光信号的公共部分(例如,射频、RF、光电流的分量)可能没有被抵消，从而导致CMRR降级。CMRR的降级(例如，减少)可能与例如光电二极管的响应性的差异有关，和/或与光电二极管相关联的光学路径的不平衡(例如，沿光电二极管的光学路径上不同的光学损耗)有关。补偿非理想性的传统方法可包括使用可调整的内联光衰减器和/或可调整的内联光放大器，在这些光信号撞击光电二极管之前对光信号进行光学操作。说明性地，光信号可能会被衰减或放大，以补偿沿相应路径的光学损耗或光电二极管的响应性的差异。然而，内联光衰减器或内联光放大器占用附加空间(例如，考虑到基于芯片的光电检测器，占用附加芯片空间)，并且需要相当复杂的控制方法。
本公开涉及配置成用于提供可调整操作以用于以相对于传统方法更简单的方式(例如，无需依赖繁琐的内联光衰减器或放大器)补偿CMRR的可能降级的平衡光电检测器。因此，本文描述的平衡光电检测器可以提供具有高CMRR(和高SNR)的检测，同时允许有效利用芯片空间和简单的控制策略。
本公开可以基于以下认识：光电二极管的响应性可能根据一个或多个操作参数(诸如偏置电压和/或温度)而变化，以及此类响应性的依赖性可能使自适应控制策略能够减少或消除影响平衡光电检测器中的光电二极管的可能的不平衡。因此，调整一个或多个操作参数允许控制(例如，调整)平衡光电检测器的光电二极管的响应性，以补偿可能的非理想性。因此，本文所描述的平衡光电检测器可被配置成用于调整一个或多个操作参数，以补偿光电检测器的非理想性的影响的方式改变光电二极管相应的响应性，例如，使得变化补偿响应性的差异和/或光学路径的光学不平衡。说明性地，本文所描述的策略可基于通过适当调整一个或多个操作参数来调整光电二极管的响应性，而不是依赖于递送到光电二极管的光的衰减或放大。
本文所描述的平衡光电检测器可被配置成用于实现自适应操作，其中一个或多个操作参数被调整(例如，选择)以调整光电二极管的响应性，使得光电二极管在检测入射光时经历相同的条件(例如，以两种光电二极管的响应性和光学损耗的组合相同的方式)。说明性地，平衡光电检测器可被配置成用于实现主动CMRR控制，从而改善(例如，增加)CMRR，以补偿可能由过程变化引起的CMRR降级。对于LIDAR应用，CMRR补偿可以实现远程LIDAR系统中的敏感检测。
平衡光电检测器可包括：平衡光电检测器，包括：在公共节点处相互耦合的第一光电二极管和第二光电二极管，其中第一光电二极管具有第一有效响应性，第二光电二极管具有第二有效响应性；以及配置成用于设置平衡光电检测器的操作参数的控制电路，用于补偿第一有效响应性与第二有效响应性之间的差异。
平衡光电检测器可包括：平衡光电检测器，包括：具有第一有效响应性的第一光电二极管和具有第二有效响应性的第二光电二极管，其中第一有效响应性和第二有效响应性之间有初始差异；以及配置成用于设置平衡光电检测器的操作参数的控制电路，以引起第一有效响应性中的第一有效响应性变化和/或第二有效响应性中的的第二有效响应性变化，使得第一有效响应性和第二有效响应性之间的操作差异小于第一有效响应性和第二有效响应性的初始差异。
提供了一种操作平衡光电检测器的方法，平衡光电检测器包括：具有第一光电二极管和第二光电二极管的平衡光电检测器，其中第一光电二极管具有第一有效响应性，第二光电二极管具有第二有效响应性；方法包括：设置平衡光电检测器的操作参数，用于补偿第一有效响应性与第二有效响应性之间的差异。
提供了一种增加平衡光电检测器的共模抑制比的方法，该方法包括：设置平衡光电检测器的第一光电二极管的第一操作参数，以引起第一光电二极管的第一有效响应性的第一有效响应性变化；和/或设置平衡光电检测器的第二光电二极管的第二操作参数，以引起第二光电二极管的第二有效响应性的第二有效响应性变化，其中第一有效响应性变化和第二有效响应性变化被选择以补偿第一有效响应性与第二有效响应性之间的初始差异。
提供了一种操作平衡光电检测器的方法，平衡光电检测器包括具有第一光电二极管和第二光电二极管的平衡光电检测器，该方法包括：设置平衡光电检测器的操作参数，以为第一光电二极管和第二光电二极管提供相同的有效响应性。
说明性地，利用响应性相对于偏置的行为(responsivity vs bias behavior)和/或响应性相对于温度的行为(responsivity vs temperature behavior)的方法可以为平衡光电检测器提供主动CMRR调整。设计光电二极管的外延结构可提供负斜率的响应性相对于偏差的曲线，以及正斜率的响应性相对于温度的曲线。为平衡光电检测器和/或本地金属加热器使用推拉偏置电源可以同时控制平衡光电检测器的光电二极管的响应性。这种主动CMRR控制方法改进了CMRR，以补偿过程变化引起的CMRR降级。改进的CMRR可以提供远程LIDAR系统中的敏感检测。换句话说，方法提供平衡光电检测器内部响应性的PD的主动可调整性。这样，改进CMRR可被实现以使用这些方法中的一种或两种方法来平衡光电二极管的响应性从而加强LIDAR性能。
术语“响应性”可以在本文中用来描述检测设备的输入与输出之间的关系，这在本领域中是众所周知的。关于光电二极管，光电二极管的响应性可代表每入射单位光功率的光电流，例如，响应性可以描述为给定波长下光电流与入射光功率的比率。光电二极管的响应性在本文也可以称为“内在响应性”(说明性地，不考虑光电二极管的外部影响，例如，光学损耗)。
术语“有效响应性”可在本文中用于描述对与检测设备相关联的传入信号的整体响应，例如对与光电二极管相关联的入射光的整体响应。“有效响应性”可包括可影响检测设备的响应的(一个或多个)效应，例如可影响光电二极管响应于入射光而生成的光电流的效应。如本文所用，术语“有效响应性”可被理解为与光电二极管相关联的响应函数，它代表确定光电二极管输出与输入之间的关系的相关效应。在下面，光电二极管的“有效响应性”可包括光电二极管的内在响应和与光电二极管相关联的光学损耗。与光电二极管相关联的光学损耗可包括将光递送到光电二极管的一个或多个光学元件(例如，波导、干涉仪等)的一个或多个光学损耗，例如平衡光电检测器或平衡光电检测器的一个或多个光学组件。此类“有效响应性”的表示可以有效地表征平衡感光电检测器中可降级CMRR的数量。然而，可以理解，“有效响应性”还可包括表示光电二极管的有效响应性的附加或替代数量，例如，一般来说，光电二极管的“有效响应性”可包括光电二极管的内在响应性以及与光电二极管对入射光的响应相关联的一个或多个附加参数。具有“有效响应性”(或与之相关联的有效响应性)的光电二极管可被理解为光电二极管与描述入射光与光电二极管生成的光电流之间的整体关系的响应函数相关联。光电二极管的“有效响应性”也可以在本文被称为光电二极管的“有效响应”、“实际响应”或“(有效)响应函数”。两个具有不同有效响应性的光电二极管可经历不同的光学损耗和/或可具有不同的内在响应性(例如，相同的内在响应性和不同的光学损耗，或相同的光学损耗和不同的内在响应性，或不同的光学损耗和不同的内在响应性)。说明性地，本文可以使用“有效”一词来区分光电二极管对入射光的整体响应(例如，考虑多种效应，这些效应可能是光电二极管的内部或外部)与光电二极管的内在响应性。
术语“操作参数”可在本文中用于描述可以设置为使得设备(例如，平衡光电检测器、平衡光电检测器)进入预定义操作条件的参数。“操作参数”可被理解为可以与设备操作的(一个或多个)过程条件相关联的参数。在本公开的背景下，关于光电二极管，“操作参数”可包括以下参数，该参数除了提供光电二极管的操作条件外，还对光电二极管的响应性产生影响。在本公开中，光电二极管的操作参数可以描述以下参数，该参数可被设置为启用光电二极管的预定义操作，并引起响应性(进而在后续的有效响应性)中的预定义变化。在下文中，可以特别参考偏置电压和温度作为(一个或多个)操作参数，这些参数可被设置以引起光电二极管的响应性的预定义变化。偏置电压和温度可允许对光电二极管的内在(和有效)响应性进行简单调整，以补偿CMRR的降级。然而，应理解，偏置电压和温度只是可被调整以实现本文所描述的自适应策略的可能操作参数的示例，还可以设置其他操作参数来引起光电二极管的响应性的预定义变化。操作参数在本文也可以称为操作参数。
在本公开的背景下，配置成用于提供响应性的自适应调整的平衡光电检测器的操作可以特别参考LIDAR应用，例如特别参考包括平衡光电检测器的LIDAR系统。在LIDAR应用中，本文描述的平衡光电检测器可以提供具有高SNR的相干光检测，从而获得增加的LIDAR系统的检测范围。然而，应理解，本文所述配置的平衡光电检测器的应用不仅限于其在LIDAR系统中的使用，并且平衡光电检测器也可以用于其他类型的技术，如上所述。
LIDAR系统可被理解为被配置成用于实现LIDAR感测的设备，并且可以包括用于执行光发射、光检测和数据处理的各种组件。LIDAR系统可包括光源(例如，激光源)和用于将光引向LIDAR系统的视野(field of view，FOV)的发射器光学，并可包括接收器光学和接收器(检测器)，用于收集和检测来自视野的光。LIDAR系统可以进一步包括处理电路，该处理电路被配置成用于基于发射和接收的光来确定与LIDAR系统的视野相关联的空间信息(例如，处理电路可被配置成用于基于LIDAR系统发射的光以及物体反射回LIDAR系统的光来确定视野中物体的各种属性)。附加地，或替代地，LIDAR系统可以与LIDAR系统外部的处理电路(例如，基于云的处理电路)进行通信耦合。例如，处理电路可被配置成用于确定物体与LIDAR系统的距离、物体的形状、物体的尺寸等。LIDAR系统可进一步包括一个或多个用于增强或协助LIDAR感测的附加组件，诸如例如陀螺仪、加速度计、全球定位系统(GlobalPositioning System，GPS)设备等。LIDAR系统在本文也可以称为LIDAR设备、LIDAR模块或LIDAR装置。
图1A图示出平衡光电检测器100的示意图。平衡光电检测器的一般结构在本领域中可能是已知的；本文提供了简要描述以说明与本公开相关的各方面。平衡光电检测器100可包括第一光电二极管102和第二光电二极管104，这些光电二极管从外部(例如，从LIDAR系统的目标和/或直接从光源)接收光122，例如LIDAR系统的本地振荡器(localoscillator，LO)，并提供公共输出信号116。公共输出信号116包括有关目标的信息，例如到目标的距离和/或LIDAR系统的光源。
光电二极管102、104可被专门配置成用于在响应性与偏置电压之间和/或响应性与温度之间具有线性关系，如图2A和图2C所示。
平衡光电检测器100可进一步包括控制电路112。控制电路112可被配置成用于调整第一光电二极管102的响应性，并调整第二光电二极管104的响应性(在图1A中用箭头114-1和114-2图示)。换句话说，控制电路112可被配置成用于设置平衡光电检测器的操作参数，以补偿第一光电二极管102的第一有效响应性与第二光电二极管104的第二有效响应性之间的差异。在这里，说明性地，光电二极管102、104的响应性可以是与每个光学输入122的电气输出信号116相关联的输入输出增益。控制电路112可被配置成相互独立地调整光电二极管102、104的响应性。作为数值示例，控制电路112可被配置成用于将第一光电二极管102的响应性提高2％，并将第二光电二极管104的响应性降低4％。
控制电路112可以调整第一光电二极管102和第二光电二极管104的响应性，以设置光电检测器100的预定CMRR，例如以减少光电二极管102、104的信号之间的不平衡。
平衡光电检测器100可以与光子集成电路(PIC)集成在封装或模块中，例如封装内系统(systemin package,SIP)或模块上系统(system on module,SOM)。
平衡光电检测器100可以形成或集成在半导体光子衬底中。半导体光子衬底可以由半导体材料制成，例如硅。术语“在其中集成的”可以被理解为由衬底的材料形成，并且由此，可以与其中元件在衬底的顶部上形成、被布置在衬底的顶部上或被定位在衬底的顶部上的情况不同。
平衡光电检测器100可被配置成用于检测一个或多个波长的相干电磁辐射。本说明书中，仅出于说明目的，任何类型的可用的“电磁辐射”被表示为“光”，并且即使电磁辐射可能在可见光、红外光/辐射、紫外线/辐射、太赫兹光谱和/或微波光谱的频率范围内也是如此。电磁辐射可包括连续波和/或脉冲、例如频率调制的连续波(frequency modulatedcontinuous wave，FMCW)，其中接收光的频率被扫描或啁啾。平衡光电检测器100可被配置成用于例如同时或随后确定不同频率的电磁辐射。
换句话说，PIC可包括半导体衬底，该半导体衬底集成一个或多个光学通道，每个通道被配置成用于向外部发射相干光并从外部接收相干光122。光学通道中的每个可包括平衡光电检测器，其可至少包括第一光电二极管102、第二光电二极管104和控制电路112。控制电路112可被配置成用于调整(114-1，114-2)第一光电二极管102的响应性，并调整第二光电二极管104的响应性。平衡光电检测器100可被配置成用于基于从第一光电二极管102和第二光电二极管104处接收的外部相干光122提供公共输出信号116。来自外部的光122可与第一光电二极管102和第二光电二极管104具有大致相同的属性。控制电路112可被配置成用于减少第一光电二极管102和第二光电二极管104的响应性的不平衡。
控制电路112可包括配置成用于调整第一光电二极管102或第二光电二极管104中的至少一个的温度的加热器。例如，控制电路112可至少包括第一加热器和第二加热器，其中第一光电二极管102和第二光电二极管104中的至少一个光电二极管可被布置在第一加热器与第二加热器之间。例如，至少一个加热器可以在空间上布置在第一光电二极管102与第二光电二极管104之间。例如，加热器可与第一光电二极管102和第二光电二极管104等距。
替代地或附加地，控制电路112可包括配置成用于在第一光电二极管102或第二光电二极管104中的至少一个电极处调整偏置电压的电压电源。例如，控制电路可包括直流偏置电压源。例如，第一光电二极管102和第二光电二极管104中的每一个可包括阳极和阴极，例如，第一光电二极管102和第二光电二极管104中的每一个可包括阳极和阴极，并且第一光电二极管102和第二光电二极管104在电气上串联。控制电路112可被耦合到布置在第一光电二极管102与第二光电二极管104之间的节点。第一光电二极管102可被耦合到第一电压源，并且第二光电二极管104可被耦合到第二电压源。控制电路112可以在第一电压源的电压与第二电压源的电压之间提供偏置电压。偏置电压可与第一光电二极管102和第二光电二极管104之间的不平衡相关联。控制电路112可被配置成用于确定公共输出信号116。
LIDAR系统的不同光学通道的平衡光电检测器100可以彼此光学隔离和/或可以是彼此独立可寻址的。换句话说，不同光学通道的平衡光电检测器100可被配置成用于彼此独立地检测来自PIC的外部122的光。
图1B以示意图示例性地示出平衡光电检测器100。平衡光电检测器100的光电二极管对102、104可以相互耦合，以使光电二极管102、104的相应光电流可以(例如，差分地)组合。如图1B所示，第一光电二极管102和第二光电二极管104可以在公共节点106(本文也称为公共端或公共电极)处相互耦合。光电二极管102、104可以对光敏感，例如，可被配置成用于(例如，生成)响应于光(例如，光信号)撞击光电二极管102、104而提供光电流。例如，根据平衡光电检测器100的应用，光电二极管102、104可以对预定义波长范围内的光敏感。作为数值示例，例如，考虑LIDAR应用，第一光电二极管102和第二光电二极管104可以对具有红外或近红外波长范围内(例如，在大约700纳米到约5000纳米的范围内，例如在大约900纳米到大约2000纳米的范围内，例如在905纳米或1550纳米的范围内)的光敏感。
第一光电二极管102和第二光电二极管104可以彼此串联。公共节点106处的连接可以提供与第一光电二极管102相关联的第一光电流(说明性地第一光电二极管102在光撞击第一光电二极管102时可生成的光电流)和与第二光电二极管104相关联的第二光电流(说明性地第二光电二极管104在光电二极管104光撞击时可生成的光电流)流向公共节点106。说明性地，在同时照明光电二极管102、104时，公共节点106处的电流可以是I1 I2，其中I1是与第一光电二极管102相关联的第一光电流并且I2是与第二光电二极管104相关联的第二光电流。第一光电流和第二光电流可在公共节点106处相互差分结合，使得第一光电流和第二光电流中存在的公共噪声被抵消。
平衡光电检测器100可被配置成用于允许光电二极管102、104的偏置。第一光电二极管102可以耦合在第一电源节点108(本文也称为第一电源端)与公共节点106之间，并且第二光电二极管104可以耦合在公共节点106与第二电源节点110(本文也称为第二电源端)之间。平衡光电检测器100可被配置成用于在第一电源节点108处接收第一电源电压，并且在第二电源节点110处接收第二电源电压(例如，第一电源节点108可以与第一电压源连接，并且第二电源节点110可以与第二电压源连接)。光电二极管102、104的偏置(例如，电源节点108、110的电压)可以根据光电二极管102、104的配置和平衡光电检测器100的操作进行设置，如下文进一步详细描述。光电二极管102、104的偏置可在光撞击时在光电二极管102、104中生成光电流(说明性地，可将光电二极管102、104带到合适的操作区域)。
光电二极管102、104可以与电源节点108、110和公共节点106连接，使得当光电二极管102、104偏置时，相应的光电流流向公共节点106。作为示例性配置(另见图4A)，光电二极管102、104可被配置成用于p-n光电二极管、PIN光电二极管或雪崩光电二极管(avalanche photodiode，APD)。例如，第一光电二极管102可包括与第一电源节点108耦合的(第一)阴极和与公共节点106耦合的(第一)阳极，并且第二光电二极管104可包括与公共节点106耦合的(第二)阴极和与第二电源节点110耦合的(第二)阳极。然而，应理解，也可以提供其他配置(例如，阴极和阳极的反向布置)。
光电二极管102、104可具有允许将光电二极管102、104的响应性作为平衡光电检测器100的一个或多个操作参数的函数的配置(例如，结构)。说明性地，光电二极管102、104可具有允许通过改变平衡光电检测器100的一个或多个操作参数来控制光电二极管102、104的响应性的结构。作为示例性配置，光电二极管102、104(例如，第一光电二极管102和/或第二光电二极管104中的至少一个)可包括外延工程化的结构。说明性地，光电二极管102、104可包括在衬底(例如，半导体衬底，诸如硅晶片)上外延生长的一个或多个层。例如，光电二极管102、104(例如，第一光电二极管102和/或第二光电二极管104中的至少一个)可包括外延工程化的III-V族光电二极管，说明性地具有在衬底上外延生长的一个或多个III-V族材料层。然而，应理解，(例如，具有III-V族层的)外延工程化的结构只是示例，光电二极管102、104也可包括允许调整本文所描述的响应性的不同类型的结构或不同类型的材料。
例如，光电二极管102、104可被集成在半导体光子衬底、混合硅光电二极管或锗光电二极管中。光电二极管可具有特定的外延结构(例如，掺杂浓度剖面)以提供线性响应性行为，例如如图2A和图2C所示。然而，光电二极管102、104在响应性与偏置电压、温度或光电二极管102、104的任何其他外部可控特性(例如，操作参数)之间也可存在非线性关系。
与部署两个单独的光电二极管相比，平衡光电检测器提供抑制光电二极管处接收的光信号公共的强度噪声(例如，来自激光源的噪声，这是两个光电二极管(例如，光电二极管102、104)的公共输入)。如上所述，描述抑制此类共模信号的平衡光电检测器性能的优点的因素是共模抑制比(Common Mode Rejection Ratio，CMRR)。CMRR可以用分贝(decibel，dB)表示。其数学表达式的一种形式在下面的方程(1)中提供，
高CMRR(例如，大于15分贝或大于30分贝)可提供敏感相干检测。然而，由于过程变化，“现实世界”CMRR可能因为随机缺陷(诸如光学不平衡(例如，多模式干涉仪输出不平衡、波导的过度损耗，例如))或光电二极管(例如，在光电二极管102、10 4处)的响应性不平衡中的一个或组合而较低。
在方程(1)中，REFF1和REFF2代表光电二极管的有效响应性。说明性地，第一光电二极管(例如，第一光电二极管102)可具有第一有效响应性，并且第二光电二极管(例如，第二光电二极管104)可具有第二有效响应性。有效响应性REFF1、REFF2代表光电二极管对入射光的总响应，例如，包括光电二极管的内在响应和与光电二极管相关联的光学损耗。光学损耗可与被提供以用于将光引向光电二极管的光学器件(例如见图9)有关。光学器件可包括平衡光电检测器(例如，平衡光电检测器100)的一个或多个光学元件(例如，一个或多个透镜、镜、波导等)和/或包括平衡光电检测器的平衡光电检测器的一个或多个光学元件，如下文进一步详细描述(例如，光学损耗可包括多模式干涉仪(MMI)的光学损耗以及多模干涉仪与光电二极管输出之间的波导损耗)。说明性地，第一有效响应性REFF1可包括第一光电二极管的第一(内在)响应性和与第一光电二极管相关联的第一光学损耗，并且第二有效响应性REFF2可包括第二光电二极管的第二响应性和与第二光电二极管相关联的第二光学损耗。CMRR可被理解为平衡光电检测器(例如，平衡光电检测器100)的CMRR，也可被理解为(包括平衡光电检测器的)平衡光电检测器的CMRR。应理解，有效响应性REFF1、REFF2可包括附加或替代数量，以描述光电二极管对入射光的整体响应(例如，除了与光电二极管相关联的光学损耗以外或者替代地，有效响应性可包括发射由光电二极管接收/检测的光的光源的光发射效率和/或光电二极管的一个或多个几何参数，作为其他示例)。
例如，考虑有效响应性是内在响应性和光学损耗的组合，CMRR可以表达如下文方程(2)所述，
在方程(2)中，R1和R2表示光电二极管(例如，第一光电二极管102和第二光电二极管104)在相等反向偏置下的内在响应性，而Loss1和Loss2表示与光电二极管相关联的光学损耗(例如，作为示例性场景，MMI与光电二极管之间的光学损耗，见图5)。
下面的方程(3)描述有效响应性比率，“不平衡”项介于1和+∞之间，
将方程(2)和方程(3)相互结合后提供下面的方程(4)，它描述了CMRR可与两个光电二极管之间(例如，第一光电二极管102和第二光电二极管104之间)的外部响应性不平衡量相关联(例如，由外部响应性不平衡量确定)。
本公开可与主动调整有效响应性的策略有关。本文描述的策略可基于以下认识：光电二极管(例如，光电二极管102、104)的响应性可以作为一个或多个操作参数的函数而变化，使得响应性的受控变化可提供补偿可能的缺陷并改善(例如，增加)平衡光电检测器的CMRR。本公开可与引入平衡光电检测器的光电二极管的响应性(例如，第一光电二极管102和第二光电二极管104的响应性)的受控变化有关，以提供经调整响应性(本文也称为经平衡响应性)，从而抵消现实世界缺陷造成的不平衡。
方程(5)描述了通过改变平衡光电检测器的一个或多个操作参数(例如通过对调节端口施加偏置位移改变例如温度或偏置电压，见图4A)，一个光电二极管(例如，第一光电二极管102)的响应性可以具有α的百分比变化，而另一个光电二极管(例如，第二光电二极管104)可具有大致相同但方向相反的变化量(说明性地，带有相反的符号)，这意味着它具有-α的百分比变化。方程(5)描述了响应性引起变化后(例如，在应用偏移后和/或温度变化后)的新有效响应性比率，
与方程(3)相比，方程(5)具有附加项(1+不平衡)×2α/(1-α)，考虑到α和不平衡可能具有相反的符号，附加项可被调整为部分抵消不平衡。因此，本公开与平衡光电检测器(和平衡光电检测器)有关，该光电检测器根据光电二极管的响应性的此类受控调整而操作，如下文进一步详细描述，例如与图3至图4B有关。图2A至图2C中图示出光电二极管的响应性对两个示例性操作参数(偏置电压和温度)的依赖性。应理解，与图2A至图2C相关的示出和描述的数值是示例性的，以说明本公开的各方面。图2A至图2C中的图表示出外延工程化的III-V族光电二极管的归一化响应性行为，作为描述本公开各方面的示例性场景。
图2A示例性地示出图示出偏置电压与光电二极管(例如，光电二极管102、104)的响应性之间的关系的图表200。该图示出作为光电二极管偏置(PD偏置，沿水平轴202，以伏特，V为单位)的函数的归一化响应性(沿垂直轴204)的值。
在预定义偏置电压下(如图2A中指示的提议(proposed)偏置点209)，光电二极管的响应性可被归一化为1。如图表200中沿曲线206的数据点所示，偏置电压的变化(例如，偏置电压的增加或减少)对应于光电二极管的响应性的变化(例如，分别是响应性的减少或增加)。说明性地，偏置电压的降低可对应于响应性的增加，例如图表200中第一箭头208a指示的方向的变化，偏置电压的增加可对应于响应性的降低，例如图表200中第二箭头208b指示的方向的变化。基于图2A的图，如果偏置相对应地偏离其预设的偏置点209，则平衡光电检测器的每个光电二极管的调整范围(关于点209)。
图2B示例性地示出图示出平衡光电检测器(例如，平衡光电检测器100)在主动调整前后的共模抑制比的图表210。图表210示出相对于被动CMRR(沿水平轴212，以dB为单位)调整的主动CMRR(沿垂直轴214，以dB为单位)。正如图表210中的曲线216所图示，在响应性漂移(例如，通过改变偏置电压来控制)下，CMRR可从12dB改善(例如，增加)到16.5dB。因此，图表210示出通过控制光电二极管的响应性(例如，通过调整偏置电压)，平衡光电检测器的CMRR可相对应地增加。如图所示，主动CMRR调整214始终高于被动CMRR调整212，因此主动CMMR调整214可以提高平衡光电检测器的公共输出信号的质量。
图2C示例性地示出图示出温度与光电二极管(例如，光电二极管102、104)的响应性之间的关系的图表220。该图示出归一化响应性(沿垂直轴224)的值作为光电二极管温度(沿水平轴222，以摄氏度，℃为单位)的函数。
光电二极管的响应性可在预定义温度处被归一化为1。如图表200中沿线226的数据点所示，温度的变化(例如，温度的增加或减少)对应于光电二极管的响应性的变化(例如，响应性的增加或减少)。
因此，图2A至图2C中的图表图示出，在调整光电二极管的一个或多个操作参数后，可以相对应地调整响应性，从而通过补偿平衡光电检测器中可能存在的不平衡来提供用于增加CMRR的控制策略。
光电二极管的温度可以经由控制电路112来控制。在这里，控制电路112可被配置为在芯片上接近光电二极管的本地金属加热器。换句话说，控制电路112可以是与光电二极管热耦合的加热和/或冷却组件，用于设置光电二极管的温度。因此，可以通过控制相应光电二极管的温度而改变一个或多个光电二极管的响应性来主动调整CMRR。
此外，响应性相对于(vs)温度关系，例如图2C所示的控制电路112可以结合有响应性相对于偏置电压的关系，例如图2C所示的控制电路112。
图3以示意图示例性地示出包括平衡光电检测器301的平衡光电检测器300。平衡光电检测器301可被配置成关于图1A和图1B描述的平衡光电检测器100，并可包括在公共节点306处相互耦合的第一光电二极管302和第二光电二极管304。第一光电二极管302可被耦合到公共节点306和第一电源节点308，并且第二光电二极管304可被耦合到公共节点306和第二电源节点310。应理解，平衡光电检测器300可包括两个以上的光电二极管302、304；说明性地，平衡光电检测器300可包括一个或多个(耦合到相应的公共节点的)光电二极管对，每个光电检测器提供相应的平衡光电检测器。应理解，平衡光电检测器300的表示可出于说明的目的被简化，平衡光电检测器300可以包括相对于所示的那些组件的附加组件(例如，一个或多个光学组件、放大器(另见图4A)等)。
平衡光电检测器300可被配置成用于实现本文所描述的自适应调整策略。平衡光电检测器300可包括控制电路320，配置成用于控制平衡光电检测器300的操作(例如，平衡光电检测器301的操作)，以提供光电二极管302、304的有效响应性的自适应调整。应理解，控制电路320可被配置成用于控制平衡光电检测器300的每个平衡光电检测器的操作。作为替代，平衡光电检测器300可包括多个控制电路320，每个控制电路320被分配给一个或多个平衡光电检测器301。说明性地，控制电路可被配置成用于设置一个或多个平衡光电检测器301的一个或多个操作参数，以增加与(说明性地，与平衡光电检测器300相关联的)平衡光电检测器301相关联的共模抑制比。
控制电路320可被配置成用于设置平衡光电检测器301(例如，第一光电二极管302和/或第二光电二极管304)的一个或多个操作参数，以调整光电二极管302、304的有效响应性。例如，控制电路320可被配置成用于例如基于光电二极管302、304之间测量的有效响应性差来从与平衡光电检测器300(例如，集成在平衡光电检测器300中，或与平衡光电检测器300通信耦合的)相关联的存储器(未示出)中取回一个或多个操作参数的值。作为另一个示例，控制电路320可被配置成用于基于输入(例如，操作平衡光电检测器300的用户的输入)来设置一个或多个操作参数。作为进一步示例，控制电路320可被配置成用于确定光电二极管302、304之间的实际有效响应性差(说明性地，实际有效响应性不平衡)，并相对应地确定(例如，计算)一个或多个操作参数。配置成用于设置平衡光电检测器301的一个或多个操作参数的控制电路320可包括配置成用于(例如，从一系列可能的操作参数中)选择一个或多个操作参数的值并相对应地控制平衡光电检测器301。
作为示例性配置，控制电路320可被配置成用于基于光电二极管302、304的有效响应性之间的已知(先验)差异(例如，从制造后平衡光电检测器300的表征中已知)来设置一个或多个操作参数。作为另一个示例性配置，附加地或替代地，控制电路320可被配置成用于基于光电二极管302、304的有效响应性之间的确定(例如，测量或计算)的差异来设置一个或多个操作参数，这可能是更资源密集的方法，但可以提供对操作期间影响光电二极管302、304的可能的进一步影响的适应。
控制电路320可被配置成用于设置一个或多个操作参数，以补偿光电二极管302、304的有效响应性之间的差异(例如，第一光电二极管302的第一有效响应性与第二光电二极管304的第二响应性之间的差异)。说明性地，第一有效响应性和第二有效响应性可以彼此之间存在初始差异(例如，先验差异、或控制电路320执行的平衡过程开始时的初始差异)，控制电路320可被配置成用于设置一个或多个操作参数(例如，通过预定义的量，例如零)以减少此类初始差异。
控制电路320可被配置成用于设置平衡光电检测器301的一个或多个操作参数，以引起光电二极管302、304中的至少一个光电二极管处(第一有效响应性和/或第二有效响应性中的至少一个)的有效响应性的变化。控制电路320可被配置成用于引起有效响应性的变化，以减少第一有效响应性与第二有效响应性之间的(初始)差异。控制电路320可被配置成用于确定要提供的变化，以补偿有效响应性的差异，以及可被配置成用于(例如，基于操作参数的变化与响应性的变化之间的已知关系，如相对于图2A和图2C所述)相对应地设置一个或多个操作参数。有效响应性的变化也可以在本文被称为有效响应性变化或有效响应性改变。
有效响应性的变化可包括有效响应性的百分比变化(例如，如关于方程(5)中参数α所讨论)，例如，计算为变化后有效响应性的值和有效响应性的初始值之间的差异与有效响应性的初始值的百分比比率。百分比变化可以是正的(有效响应性的增加)或负的(有效响应性的减少)，具体取决于要提供的补偿。应理解，有效响应性的变化也可被表示为有效响应性的绝对变化。
以不同的方式陈述，控制电路320可被配置成用于设置平衡光电检测器301的一个或多个操作参数，以引起第一有效响应性的第一有效响应性变化和/或第二有效响应性的第二有效响应性变化，使得第一有效响应性与第二有效响应性之间的操作差异小于第一有效响应性与第二有效响应性之间的初始差异。操作差异可被理解为一个或多个操作参数的设置引起的(一个或多个)变化后有效响应性之间的实际(例如，调整后的)差异。控制电路320可被配置成用于设置一个或多个操作参数，使得第一有效响应性与第二有效响应性之间的操作差异基本为零(说明性地，在(一个或多个)引起变化后基本为零)。
如所讨论的，例如，关于图1A至图2C，有效响应性的变化可包括光电二极管302、304的(内在)响应性的变化。说明性地，第一有效响应性中的第一有效响应性变化可包括第一(内在)响应性的变化，和/或第二有效响应性中的第二有效响应性变化可包括第二(内在)响应性的变化。如果一个或多个操作参数的设置引起第一有效响应性和第二有效响应性两者的变化，则控制电路320可被配置成用于设置一个或多个操作参数，使得第一有效响应性变化和第二有效响应性变化彼此具有相同的大小和相反的符号(例如，如关于方程(5)所讨论)。
下文将描述控制电路320的操作，与平衡光电检测器301的偏置电压和温度(例如，第一光电二极管302和第二光电二极管304的偏置电压和温度)的调整有关。然而，应理解，这些是控制电路320可以控制以调整光电二极管的有效响应性的示例性操作参数，并且本文所描述的各方面可以相对应的方式应用于控制电路320的操作，以调整其他操作参数。
控制电路320可被配置成用于设置平衡光电检测器301的偏置电压来提供第一光电二极管302上的第一电压降312和/或第二光电二极管304上的第二电压降314，使得第一电压降312引起第一有效响应性中的第一有效响应性变化和/或第二电压降314引起第二有效响应性中的第二有效响应性变化。说明性地，控制电路320可被配置成用于在(换句话说，跨)第一光电二极管302和第二光电二极管304上调整偏置电压降，以引起光电二极管302、304中的一者或两者的预定义有效响应性变化。图3中以示例性定向图示出电压降312、314，但应理解，根据在光电二极管302、304的响应性中引起的预定义变化，也可以提供其他定向。
控制电路320可被配置成用于通过控制电源节点308、310和公共节点306处提供的电压来控制偏置电压。例如，控制电路320可包括或可控制一个或多个电压源，以在电源节点308、310和公共节点306处提供电压，以引起光电二极管302、304上的电压降并提供(一个或多个)预定义有效响应性变化。
偏差电源方法可具有灵活的实现方式。控制电路320可被配置成用于在电源节点308、310和公共节点306处设置(例如，改变)一个或多个电压来提供(一个或多个)电压降，以引起(一个或多个)有效响应性变化。控制电路320可被配置成用于在第一电源节点308处设置第一电压，在第二电源节点310处设置第二电压，在公共节点306处设置公共电压，以提供第一光电二极管302上的第一电压降312和第二光电二极管304上的第二电压降314。说明性地，从预定义偏置电压(例如，提议偏置点)开始，其中第一光电二极管302上的第一电压降312和第二光电二极管304上的第二电压降314彼此相等，控制电路320可被配置成用于改变电源节点308、310和公共节点306的处的电压中的一个或多个，以将第一电压降312和/或第二电压降314改变预定义量，以引起(一个或多个)有效响应性变化。
控制电路320可被配置成用于根据第一有效响应性与第二有效响应性之间的差异设置平衡光电检测器301的偏置电压，使得第一电压降312与第二电压降314彼此之间有预定义差异。控制电路320可被配置成用于设置平衡光电检测器301的偏置电压，使得第一电压降312与第二电压降314之间的预定义差异补偿第一有效响应性与第二有效响应性之间的差异(例如，使得第一电压降312和第二电压降314之间的预定义差异对应于减少或消除有效响应性之间的差异的第一有效响应性和/或第二有效响应性之间的有效响应性变化)。说明性地，第一电压降312与第二电压降314之间的预定义差异可对应于减少或消除有效响应性之间的差异的第一内在响应性和/或第二内在响应性的变化。作为示例性场景，控制电路320可被配置成用于设置偏置电压来为具有更多光电流输出的一个光电二极管提供更多的偏置，以重新平衡两个光电二极管的光电流。
控制电路320可被配置成用于设置平衡光电检测器301的偏置电压，使得第一电压降312与第二电压降314之间的电压差的绝对值和第一有效响应性与第二有效响应性之间的(初始)差异相关联(例如，成比例)。仅作为数值示例，控制电路320可被配置成用于设置平衡光电检测器301的偏置电压，使得第一电压降312与第二电压降314之间的电压差的绝对值在0V至2V的范围内，例如在0.25V至1.5V的范围内，例如在0.5V至1V的范围内。
作为示例性配置，第一电源节点308处的第一电压可大于第二电源节点310处的第二电压(作为数值示例，例如，第一电压可以是高电压，诸如3V，并且第二电压可以是低电压，诸如接地电压，例如，0V)。公共节点306处的公共电压可处于中间电压值，以提供相应的电压降312、314，说明性地可能小于第一电源节点308处的第一电压并大于第二电源节点310处的第二电压。作为示例性初始场景，第一电压可以是3V，公共电压可以是1.5V，第二电压可以是0V，从而提供1.5V电压降，并且控制电路320可被配置成用于设置第一电压、第二电压和/或公共电压中的一个或多个，以改变这个初始偏置点的电压降。
作为调整光电二极管302、304的有效响应性的附加或替代操作参数，控制电路320可被配置成用于设置平衡光电检测器301的温度(例如，第一光电二极管302的温度和/或第二光电二极管304的温度)，以补偿第一有效响应性与第二有效响应性之间的差异。
控制电路320可被配置成用于设置平衡光电检测器301的温度来提供第一光电二极管302处的第一温度和第二光电二极管304处的第二温度，使得第一温度引起第一有效响应性中的第一有效响应性变化，和/或第二温度引起第二有效响应性中的第二有效响应性变化。光电二极管302、304的温度可被理解为光电二极管的结构的温度和/或光电二极管周围的温度，例如，在光电二极管的一个电极(例如，在光电二极管的阴极处和/或阳极处)上可测量的温度。
控制电路320可被配置成用于根据第一有效响应性与第二有效响应性之间的差异设置平衡光电检测器301的温度，使得第一温度与第二温度彼此之间有预定义差异。控制电路320可被配置成用于设置平衡光电检测器301的温度，使得第一温度与第二温度之间的预定义差异补偿第一有效响应性与第二有效响应性之间的差异(例如，使得第一温度和第二温度之间的预定义差异对应于减少或消除有效响应性之间的差异的第一有效响应性和/或第二有效响应性之间的有效响应性变化)。说明性地，第一温度与第二温度之间的预定义差异可对应于减少或消除有效响应性之间的差异的第一内在响应性和/或第二内在响应性的变化。
控制电路320可被配置成用于设置平衡光电检测器301的温度，使得第一温度与第二温度之间的温度差的绝对值和第一有效响应性与第二有效响应性之间的(初始)差异相关联(例如，成比例)。仅作为数值示例，控制电路320可被配置成用于设置平衡光电检测器301的温度，使得第一温度与第二温度之间的温度差的绝对值在0℃至100℃的范围内，例如在20℃至60℃的范围内，例如在30℃至50℃的范围内。
作为示例性配置，平衡光电检测器300可以包括配置成用于提供热量的热源(例如，在电流流入热源时生成热量)的热源(例如，金属加热器)。控制电路320可被配置成用于控制热源以在平衡光电检测器301处提供热量，使得第一光电二极管302处于第一温度并且第二光电二极管304处于第二温度。例如，热源可包括与相应的光电二极管302、304相关联的多个(部分)热源。热源可包括与第一光电二极管302相关联的第一热源和与第二光电二极管304相关联的第二热源。与光电二极管相关联的热源可以通过相对于彼此设置热源和光电二极管来实现，使得来自热源的热量影响该光电二极管的温度(而不影响其他光电二极管的温度)。控制电路320可被配置成用于：控制第一热源，以提供第一光电二极管处的热量，使得第一光电二极管302处于第一温度；和/或用于控制第二热源，以提供第二光电二极管处的热量，使得第二光电二极管304处于第二温度。从两个光电二极管都处于室温的示例性初始场景开始，控制电路320可被配置成用于控制热源(例如，第一热源和/或第二热源)来改变第一温度和/或第二温度中的至少一个，以提供(一个或多个)预定义有效响应性变化。
有效响应性的调整可包括单独(如上所述)或组合调整操作参数。考虑到本文描述的示例操作参数，控制电路320可被配置成用于设置平衡光电检测器301的偏置电压和温度，使得第一有效响应性和/或第二有效响应性引起的变化分别补偿有效响应性之间的初始差异。说明性地，考虑主动调整本文所描述的两个用于主动调整两个光电二极管的有效响应性的调整方法，通过利用这些方法中的一个或两个来平衡光电二极管的响应性，改进的CMRR可被实现来加强光电二极管性能(例如，在LIDAR应用中使用平衡光电检测器300的情况下的LIDAR性能)。
在下文中，例如参考图4A和图4B，将提供用于实现本文所描述的自适应策略的平衡光电检测器的示例性配置。图4A和图4B中的示例性配置特别参考通过控制偏置电压(图4A)和温度(图4B)来实现的调整。应理解，这些配置可以相互结合，并且替代配置(例如，具有附加、更少或替代组件)也可被提供，以例如基于这些操作参数或基于其他操作参数实现调整。
图4A和图4B各自以示意图示例性地示出包括平衡光电检测器401的平衡光电检测器400的实现方式。平衡光电检测器400可以是与关于图3描述的平衡光电检测器300的示例性实现。
图4A中的配置描述用于经由调整偏置电压来实现有效响应性的调整的示例性布置。平衡光电检测器400可包括平衡光电检测器401(例如，平衡光电检测器301的示例性配置)，其中第一光电二极管402和第二光电二极管404在公共节点406上相互耦合，例如，第一光电二极管402耦合在公共节点406与第一电源节点408之间，第二光电二极管404耦合在公共节点406与第二电源节点410之间。
在图4A的配置中，第一光电二极管402可以在其阴极处连接到第一电源节点408(可被配置成用于接收高电压，VHIGH)，并且第二光电二极管404可以在其阳极处连接到第二电源节点410(可被配置成用于接收低电压，VLOW)。公共电极偏置(说明性地，公共节点406处的公共电压)可以由具有VREG偏置的偏置调节端口调节。
平衡光电检测器400可包括与公共节点406耦合的跨阻放大器420。跨阻放大器420可被配置成用于接收并放大第一光电二极管402生成的第一光电流和第二光电二极管404生成的第二光电流产生的光电流。说明性地，跨阻放大器420可被配置成用于接收与第一光电二极管402相关联的第一光电流和与第二光电二极管404相关联的第二光电流(例如，作为第一光电流和第二光电流的组合的组合电流)。跨阻放大器420可被配置成用于(在输出端422处)提供与(一个或多个)接收的光电流相对应的电压输出，例如，作为第一光电流和第二光电流彼此的组合的电压输出。电压输出可以提供(一个或多个)接收的光电流的放大表示。因此，跨阻放大器420可以通过放大平衡光电检测器401生成的信号来协助检测过程。
跨阻放大器420的一般配置(例如，具有运算放大器424、电容器426和电阻428)可在本领域中是已知的，其定义用于放大接收的信号(例如，(一个或多个)接收的光电流)并提供(放大)电压输出的回路。
作为用于实现偏置电压调整的示例性配置，跨阻放大器420的非反转端430或反转端432中的一个(说明性地，操作放大器424的非反转端或反转端中的一个)可以与电压源434耦合。跨阻放大器420的非反转端430或反转端432中的另一个(说明性地，操作放大器424的非反转端或反转端中的另一个)可以与公共节点406耦合。在图4A中的示例性配置中，电压源434可以耦合在反转端432与接地之间，并且非反转端430可以耦合到公共节点406。然而，应理解，其他配置也可被提供，例如其中非反转端430与接地之间的电压源，以及其中反转端432耦合到公共节点406。应理解，电压源434提供示例性布置来控制公共节点406处的电压，并且可以提供其他布置(例如，使用电流源、电流镜等)。
平衡光电检测器400可包括：控制电路(未示出，例如配置成用于图3中描述的控制电路320)，其被配置成用于控制电压源434来提供公共节点406处的公共电压，例如以提供第一光电二极管402上的第一电压降和第二光电二极管404上的第二电压降。
考虑到示例性场景，VREG的初始状态可被设置为1.5V，使得两个光电二极管被偏置为反转1.5V时。因此，从1.5V移位VREG可在两个光电二极管402、404上创建推拉样式偏置变化(如相对于图3所描述)。作为附加或替代方法，VREG可被保持在固定值(例如1.5V)，并且控制电路可以调节VHIGH和/或VLOW(例如，通过控制相应的电压源，未示出)。
图4B中的配置描述用于经由调整温度来实现有效响应性的调整的示例性布置。图4B中的配置可以作为图4A中配置的附加或替代实现。平衡光电检测器400可包括围绕光电二极管402、404的金属加热器440(例如，对每个光电二极管402、404设置一个金属加热器)。例如，透射电子显微镜(transmission electron microscopy，TEM)或扫描电子显微镜(scanning electron microscopy，SEM)可用于揭示光电二极管402、404周围的加热器结构的存在。基于加热器的调整可以说明性地包括经由在光电二极管402、404附近(例如，芯片上位于光电二极管附近的，例如在小于5毫米或小于1毫米的距离上)放置本地金属加热器来控制光电二极管温度。图4B示出通用光电二极管(例如，光电二极管402、404中的一个)的热模拟，其中在光电二极管中的每个上放置两个金属加热器440作为热源。颜色梯度指示温度梯度(如20℃至90℃的色条所示为示例性范围)，作为示例性温度控制。
在下文中，例如，关于图5，以本文所描述的方式配置的平衡光电检测器的应用将在LIDAR应用的上下文中图示。然而，应理解，平衡光电检测器也可以是不同类型的检测系统(例如，频率调制光谱仪、光散射光谱仪、红外气体传感器等作为其他示例)的一部分。图5图示性地示出光发射和检测系统。
图5以示意图示例性地示出包括平衡光电检测器501的LIDAR系统500。平衡光电检测器501可被配置成与关于图3至图4B描述的平衡光电检测器300、400，例如，包括具有在公共节点506(例如，分别在公共节点506和第一电源节点508之间，以及公共节点506和第二电源节点510之间)彼此耦合的第一光电二极管502和第二光电二极管504的平衡光电检测器。应理解，LIDAR系统500的表示可以出于说明的目的被简化，LIDAR系统可以包括相对于所示的那些组件的附加组件(例如，处理电路，一个或多个附加光学组件等)。
LIDAR系统500可被配置成用于相干LIDAR检测，例如频率调制连续波(FrequencyModulated Continuous Wave，FMCW)LIDAR检测，说明性地用于发射随时间具有变化频率的连续光(例如，频率从起始频率到最终频率，然后再返回)。相干检测可包括将来自LIDAR系统500的光源(未示出)的光与从LIDAR系统500的视野反射回来(例如，来自视野中的物体)的光(在平衡光电检测器501处)混合。光源发射的光与反射回来的光之间的频率移位确定视野中物体的一个或多个属性(例如，速率、运动方向等)，这在本领域中是众所周知的。
LIDAR系统500可包括配置成用于发射光的光源(例如，频率调制光，例如光源可包括本地振荡器)，以及一个或多个光学组件，用于向平衡光电检测器501提供部分光并向视野提供部分光。一个或多个光学组件可被配置成使得平衡光电检测器501接收光源发射的光和从视野反射回LIDAR系统500的光，以提供相干检测。说明性地，光源发射的光可以提供参考光信号，并且与来自视野的光结合后，信息可以在视野中存在的物体上被推导出。
作为示例，光源可以是或可以包括激光源。激光源可以是或可包括激光二极管(例如，垂直腔表面发射激光二极管或边缘发射激光二极管)或多个激光二极管(例如，布置在一维或二维阵列中)。光源可被配置成用于例如根据用于LIDAR系统500的预定义检测方案发射预定义波长范围内的光。作为示例，光源可以被配置成用于发射红外或近红外波长范围内(例如从约700nm到约5000nm的范围内、例如从约900nm到约2000nm的范围内或者例如处于905nm或1550nm)的光。
LIDAR系统500可包括光学耦合器514，该光学耦合器514被配置成用于(例如，在第一输入端口516a处)接收光源发射的部分光，以及用于(例如，在第二输入端口516b处)接收来自LIDAR系统的视野的光。光学耦合器514可被配置成用于将视野中的光与光源相互发射的光进行光学耦合，以提供输出光。光学耦合器514可被配置成用于在第一光电二极管502(在与第一光电二极管502光学耦合的第一输出端口518a)处提供输出光的第一部分，在第二光电二极管504(在与第二光电二极管504光学耦合的第二输出端口518b)处提供输出光的第二部分。平衡光电检测器501的光学耦合和差分检测确定来自光源的光与来自视野的光之间的差异。如本文所描述配置的，平衡光电检测器501的改进CMRR允许增加LIDAR系统500的检测范围。例如，如果主动调整被应用，则具有实现本文所描述的策略的平衡光电检测器的LIDAR系统的产品规格可示出CMRR调整方法和范围。
在图5中，光学耦合器514可以是2x2多模干涉仪或可包括2x2多模干涉仪，其中第一输入波导与光源相关联(例如，光学耦合)，第二输入波导与视野相关联，第一输出波导与第一光电二极管502相关联，并且第二输出波导与第二光电二极管504相关联。如上所述，在与光电二极管502、504相关联的有效响应性中可以考虑多模式干涉仪中的光学损耗，例如输入和/或输出波导中的光学损耗。然而，应理解，2x2多模干涉仪只是配置成用于实现相干检测的光学组件的示例，并且可以提供其他光学组件来实现相同的功能。
诸如频率调制连续波(FMCW)光检测和测距(Lidar)之类的相干检测部署平衡光电检测器(BPD)作为差分光电接收器可能是常见的，并且本文描述的策略为LIDAR检测提供改进的SNR。2x2多模干涉仪(MMI)可被配置成用于将本地振荡器(LO)光和目标测距信号光混合到两个输出端口中，并将其馈入到平衡光电检测器中。平衡光电检测器可包括两个相同的光电二极管，其中公共p电极和n电极绑定在一起。假设2x2 MMI的功率输出相等，并且两个光电二极管的响应性相等，则两个光电二极管的光电流的DC分量可被抵消，而光电流的差分RF分量可被递送到下一级跨阻放大器(未示出)。与使用在2X2 MMI与光电二极管之间添加的放大器的内联衰减器相比，本文所描述的策略可提供更有效的方法。
LIDAR系统500可以进一步包括一个或多个光学元件，用于将发射光的一部分(例如，发射光的50％)引导到平衡光电检测器501，并且将发射光的一部分(例如，发射光的其他50％)引导向视野。在图5的配置中，LIDAR系统500可包括光学组件512(例如，光学耦合器或拆分器)，其被配置成用于接收光源发射的光(说明性地，来自LIDAR系统500的本地振荡器的光)，以及用于将第一部分光引导向LIDAR系统的视野并将第二部分光引导向光学耦合器514。
图6示例性地示出操作包括平衡光电检测器的平衡光电检测器的方法600(例如，操作平衡光电检测器300、400、501的方法，如关于图3至图5所描述)的示意流程图。方法600可被理解为增加平衡光电检测器(例如，平衡光电检测器)的共模抑制比的方法。
方法600可包括，在610中，设置平衡光电检测器的一个或多个操作参数，以补偿平衡光电检测器的第一光电二极管的第一有效响应性与第二光电二极管的第二有效响应性之间的差异。设置一个或多个操作参数可包括设置第一光电二极管的第一操作参数和/或设置第二光电二极管的第二操作参数。
作为示例，设置一个或多个操作参数可包括设置平衡光电检测器的偏置电压，以提供第一光电二极管上的第一电压降和/或第二光电二极管上的第二电压降。说明性地，设置一个或多个操作参数可包括设置第一电压降和/或设置第二电压降。偏置电压的设置可被配置成用于根据光电二极管的有效响应性之间的(初始)差异，在第一电压降与第二电压降之间提供预定义差异。偏置电压的设置可包括控制一个或多个用于在光电二极管耦合的节点处提供电压的电压源。
作为另一个示例，附加地或替代地，设置一个或多个操作参数可包括设置平衡光电检测器的温度，以提供第一光电二极管上的第一温度和/或第二光电二极管上的第二温度。说明性地，设置一个或多个操作参数可包括设置第一光电二极管的第一温度和/或设置第二光电二极管的第二温度。温度的设置可被配置成用于根据光电二极管的有效响应性之间的(初始)差异，在第一温度与第二温度之间提供预定义差异。作为示例性配置，设置平衡光电检测器的温度可包括控制平衡光电检测器的热源(例如，金属加热器)来向第一光电二极管和/或第二光电二极管提供热量，以设置第一温度和/或第二温度。
设置一个或多个操作参数可以引起光电二极管的有效响应性的有效响应性变化，例如，第一光电二极管的第一有效响应性的第一有效响应性变化和/或第二光电二极管的第二有效响应性的第二有效响应性变化。第一有效响应性变化和/或第二有效响应性变化可被选择以补偿第一有效响应性与第二有效响应性之间的初始差异。说明性地，一个或多个操作参数的设置可被执行来为第一光电二极管和第二光电二极管提供相同的有效响应性。
本文描述的主动CMRR调整方法利用平衡光电检测器的响应性相对于操作参数(例如，响应性相对于偏置或响应性相对于温度)的行为。通过适当设计平衡光电检测器(例如，通过设计光电二极管的结外延(epi)结构)，对不同操作参数的响应性的变化可被实现。如图所示，例如，在图2A至图2C中，可以提供负斜率的响应性相对于偏差的曲线，以及正斜率的响应性相对于温度的曲线。通过使用平衡光电检测器偏置控制或本地金属加热器，例如两个光电二极管的响应性可以成对同时控制。
图7图示出具有集成在其中的LIDAR系统700的交通工具702的示意图，作为示例。交通工具702可以是无人驾驶/自主交通工具(例如，无人驾驶/自主飞行器、无人驾驶/自主汽车或自主机器人)。另外，LIDAR系统700可以用在诸如智能手机或平板电脑之类的移动设备中。交通工具702可以是自主交通工具。在此，LIDAR系统700可用于控制交通工具702的行进方向。作为示例，LIDAR系统700可以被配置成用于交通工具702外部的障碍物、对象深度或速度检测。替代地或附加地，交通工具702可以要求驾驶员或远程操作员(teleoperator)来控制交通工具702的行进方向。LIDAR系统700可以是驾驶助手。作为示例，LIDAR系统700可以被配置成用于障碍物检测(例如，确定交通工具702外部的障碍物(目标710)的距离和/或方向以及相对速度)。LIDAR系统700可以被配置成用于沿着一个或多个光通道740-i(其中i是1到N之间的一个数，并且N是PIC的通道数量)从LIDAR系统700的一个或多个输出(例如光路的输出)发射光714，并在LIDAR系统700的一个或多个光输入中接收从目标710反射的光122。取决于LIDAR系统700的工作原理，LIDAR系统700的光路的输出和输入的结构和设计可能会有所不同。替代地，LIDAR系统700可以是光谱仪或显微镜或可以是光谱仪或显微镜的一部分。然而，工作原理可以与交通工具702中的相同。
在下文中，提供了各种示例，这些示例可包括上述一个或多个方面，涉及平衡光电检测器(例如，平衡光电检测器100、300、400、501)、平衡光电检测器(例如，平衡光电检测器100、301、401、501)和方法(例如，方法600)。与平衡光电检测器或平衡光电检测器相关的示例也可以适用于这些方法，并且这些方法也可以适用于与平衡光电检测器或平衡光电检测器相关的示例。
示例1是一种平衡光电检测器，包括：平衡光电检测器，包括：在公共节点处相互耦合的第一光电二极管和第二光电二极管，其中第一光电二极管具有第一有效响应性，第二光电二极管具有第二有效响应性；以及控制电路，配置成用于设置平衡光电检测器的操作参数，以便补偿第一有效响应性与第二有效响应性之间的差异。
在示例2中，根据示例1的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：控制电路被配置成用于设置平衡光电检测器的操作参数来引起第一有效响应性和/或第二有效响应性中的至少一个的有效响应性变化，以减少第一有效响应性与第二有效响应性之间的差异。
在示例3中，根据示例1或2的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：第一有效响应性包括第一光电二极管的第一(例如，内在)响应和与第一光电二极管相关联的第一光学损耗，第二有效响应性包括第二光电二极管的第二(例如，内在)响应性和与第二光电二极管相关联的第二光学损耗，以及第一有效响应性和/或第二有效响应性中的至少一个的有效响应性变化包括第一响应性和/或第二有效响应性中的至少一个的变化。
在示例4中，根据示例1至3中的任一项的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：控制电路被配置成用于设置平衡光电检测器的操作参数来引起第一有效响应性的第一有效响应性变化和第二有效响应性的第二有效响应性变化，以及第一有效响应性变化和第二有效响应性变化彼此具有相同的大小和相反的符号。
在示例5中，根据示例1至4中的任一项的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：平衡光电检测器的操作参数包括平衡光电检测器的偏置电压和/或温度中的至少一个。
在示例6中，根据示例5的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：控制电路被配置成用于设置平衡光电检测器的偏置电压来提供第一光电二极管上的第一电压降和/或第二光电二极管上的第二电压降，使得第一电压降引起第一有效响应性中的第一有效响应性变化和/或第二电压降引起第二有效响应性中的第二有效响应性变化。
在示例7中，根据示例6的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：控制电路被配置成用于设置平衡光电检测器的偏置电压，使得第一电压降与第二电压降之间的电压差的绝对值在0V至2V的范围内，例如在0.25V至1.5V的范围内，例如在0.5V至1V的范围内。
在示例8中，根据示例6或7的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：第一光电二极管耦合在第一电源节点与公共节点之间，第二光电二极管耦合在公共节点与第二电源节点之间，以及控制电路被配置成用于在第一电源节点处设置第一电压，在第二电源节点处设置第二电压，以及在公共节点处设置公共电压，以提供第一光电二极管上的第一电压降和第二光电二极管上的第二电压降。
在示例9中，根据示例8的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：第一电源节点处的第一电压大于第二电源节点处的第二电压，以及公共节点处的公共电压小于第一电源节点处的第一电压并且大于第二电源节点处的第二电压。
在示例10中，根据示例8或9的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：第一光电二极管包括与第一电源节点耦合的第一阴极和与公共节点耦合的第一阳极，以及第二光电二极管包括与公共节点耦合的第二阴极和与第二电源节点耦合的第二阳极。
在示例11中，根据示例5至10中的任一项的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：控制电路被配置成用于设置平衡光电检测器的温度，以在第一光电二极管提供第一温度，在第二光电二极管提供第二温度，使得第一温度引起第一有效响应性中的第一有效响应性变化和/或第二温度引起第二有效响应性中的第二有效响应性变化(例如，独立地或与第一电压降和/或第二电压降引起的变化结合)。
在示例12中，根据示例11的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：控制电路被配置成用于设置平衡光电检测器的温度，使得第一温度与第二温度之间的温度差的绝对值在0℃至100℃的范围内，例如在20℃至60℃的范围内，例如在30℃至50℃的范围内。
在示例13中，根据示例11或12的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：平衡光电检测器包括配置成用于提供热量的热源，并且控制电路被配置成用于控制热源以在平衡光电检测器处提供热量，使得第一光电二极管处于第一温度并且第二光电二极管处于第二温度。
在示例14中，根据示例13的平衡光电检测器可以可选地进一步包括热源是金属加热器或包括金属加热器。
在示例15中，根据示例13或14的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：热源包括与第一光电二极管相关联的第一热源和与第二光电二极管相关联的第二热源，控制电路被配置成用于控制第一热源来在第一光电二极管处提供热量，使得第一光电二极管处于第一温度和/或控制电路被配置成用于控制第二热源来在第二光电二极管处提供热量，使得第二光电二极管处于第二温度。
在示例16中，根据示例1至15中的任一项的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：第一光电二极管和/或第二光电二极管中的至少一个包括外延工程化的光电二极管(例如，III-V族光电二极管)。
在示例17中，根据示例1至16中的任一项的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：与公共节点耦合的跨阻放大器，其中跨阻放大器被配置成用于：接收与第一光电二极管相关联的第一光电流和与第二光电二极管相关联的第二光电流，以及提供电压输出作为第一光电流和第二光电流彼此的组合。
在示例18中，根据示例17的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：跨阻放大器的非反转端或反转端中的一个与公共节点耦合，以及跨阻放大器的非反转端或反转端中的另一个与电压源耦合。
在示例19中，根据示例18的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：控制电路被配置成用于控制电压源来在公共节点处提供公共电压。
在示例20中，根据示例1至19中的任一项的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：控制电路被配置成用于设置平衡光电检测器的操作参数来增加与平衡光电检测器相关联的共模抑制比。
示例21是一种光检测和测距(LIDAR)模块，包括根据示例1至20中的任一项的平衡光电检测器。
在示例22中，根据示例21的LIDAR系统可以可选地进一步包括：光源，该光源被配置成用于发射光；以及光学耦合器，该光学耦合器被配置成用于：接收光源发射的光的一部分；接收来自LIDAR系统的视野的光；将来自视野的光和光源发射的光彼此光学耦合以提供输出光；以及在第一光电二极管处提供输出光的第一部分并且在第二光电二极管处提供输出光的第二部分。
在示例23中，根据示例22的LIDAR系统可以可选地进一步包括：光学组件，该光学组件被配置成用于：接收光源发射的光；将光的第一部分引向LIDAR系统的视野；以及将光的第二部分引向光学耦合器。
在示例24中，根据示例22或23的LIDAR系统可以可选地进一步包括：光学耦合器是2x2多模干涉仪或包括2x2多模干涉仪，2x2多模干涉仪包括：与光源相关联的第一输入波导；与视野相关联的第二输入波导；与第一光电二极管相关联的第一输出波导；以及与第二光电二极管相关联的第二输出波导。
在示例25中，根据示例22至24中的任一项的LIDAR系统可以可选地进一步包括：光源被配置成用于发射频率调制光。
示例26是一种平衡光电检测器，包括：平衡光电检测器，包括：具有第一有效响应性的第一光电二极管和具有第二有效响应性的第二光电二极管，其中第一有效响应性和第二有效响应性之间有初始差异；以及配置成用于设置平衡光电检测器的操作参数的控制电路，以引起第一有效响应性中的第一有效响应性变化和第二有效响应性的第二有效响应性变化，使得第一有效响应性和第二有效响应性之间的操作差异小于第一有效响应性和第二有效响应性的初始差异。
在示例27中，根据示例26的平衡光电检测器可以可选地进一步包括：控制电路被配置成用于设置平衡光电检测器的操作参数，使得第一有效响应性和第二有效响应性之间的操作差异基本为零。
在示例28中，根据示例26或27的平衡光电检测器可以可选地进一步包括示例1至25中的任一项的一个或多个特征。
示例29是一种平衡光电检测器，包括：平衡光电检测器，包括：在公共节点处相互耦合的第一光电二极管和第二光电二极管，其中第一光电二极管具有对入射光的第一响应函数，第二光电二极管具有对入射光的第二响应函数；以及配置成用于设置平衡光电检测器的操作参数的控制电路，以便补偿第一响应函数与第二响应函数之间的差异。
在示例30中，根据示例29的平衡光电检测器可以可选地进一步包括示例1至28中的任一项的一个或多个特征。
示例31是一种操作平衡光电检测器的方法，平衡光电检测器包括：具有第一光电二极管和第二光电二极管的平衡光电检测器，其中第一光电二极管具有第一有效响应性，第二光电二极管具有第二有效响应性；方法包括：设置平衡光电检测器的操作参数，用于补偿第一有效响应性与第二有效响应性之间的差异。
在示例32中，根据示例31的方法可以可选地进一步包括：平衡光电检测器的操作参数包括平衡光电检测器的偏置电压和/或温度中的至少一个。
在示例33中，根据示例31或32的方法可以可选地进一步包括示例1至30中的任一项的一个或多个特征。
示例34是一种或多种非暂态计算机可读介质，其上包括可编程指令，这些可编程指令在由(例如，平衡光电检测器的)设备的一个或多个处理器执行时使得该设备执行根据示例31至33中任一项的方法。
示例35是一种增加平衡光电检测器的共模抑制比的方法，该方法包括：设置平衡光电检测器的第一光电二极管的第一操作参数，以引起第一光电二极管的第一有效响应性的第一有效响应性变化；以及设置平衡光电检测器的第二光电二极管的第二操作参数，以引起第二光电二极管的第二有效响应性的第二有效响应性变化，其中第一有效响应性变化和第二有效响应性变化被选择以补偿第一有效响应性与第二有效响应性之间的初始差异。
在示例36中，根据示例35的方法可以可选地进一步包括：设置第一光电二极管的第一操作参数包括设置第一光电二极管上的第一电压降和/或设置第一光电二极管上的第一温度中的至少一个，以及设置第二光电二极管的第二操作参数包括设置第二光电二极管上的第二电压降和/或设置第二光电二极管上的第二温度中的至少一个。
在示例37中，根据示例35或36的方法可以可选地进一步包括示例1至34中的任一项的一个或多个特征。
示例38是一种或多种非暂态计算机可读介质，其上包括可编程指令，这些可编程指令在由(例如，平衡光电检测器的)设备的一个或多个处理器执行时使得该设备执行根据示例35至37中任一项的方法。
示例39是一种操作平衡光电检测器的方法，平衡光电检测器包括具有第一光电二极管和第二光电二极管的平衡光电检测器，该方法包括：设置平衡光电检测器的操作参数，以为第一光电二极管和第二光电二极管提供相同的有效响应性。
在示例40中，根据示例39的方法可以可选地进一步包括：平衡光电检测器的操作参数包括平衡光电检测器的偏置电压和/或温度中的至少一个。
在示例41中，根据示例39或40的方法可以可选地进一步包括示例1至38中的任一项的一个或多个特征。
示例42是一种或多种非暂态计算机可读介质，其上包括可编程指令，这些可编程指令在由(例如，平衡光电检测器的)设备的一个或多个处理器执行时使得该设备执行根据示例39至41中任一项的方法。
示例43是一种平衡光电检测器，包括：平衡光电检测器，包括在公共节点处相互耦合的第一光电二极管和第二光电二极管，其中第一光电二极管具有第一(内在)响应性并且第二光电二极管具有第二(内在)响应性；以及控制电路，该控制电路被配置成用于设置平衡光电检测器的操作参数来引起第一响应性的第一变化和/或第二响应性的第二变化，以补偿第一光电二极管的第一响应函数与第二光电二极管的第二响应函数之间的差异。
在示例44中，根据示例43的平衡光电检测器可以可选地进一步包括示例1至42中的任一项的一个或多个特征。
示例45是一种光子集成电路，包括：半导体衬底，该半导体衬底集成有：一个或多个光学通道(每个)配置成用于向外部发射相干光以及接收来自外部的相干光；其中(一个或多个)光学通道(中的每个)可包括平衡光电检测器，平衡光电检测器可包括第一光电二极管、第二光电二极管和控制电路中的至少一个，控制电路被配置成用于调整第一光电二极管的响应性和调整第二光电二极管的响应性，其中平衡光电检测器被配置成用于基于在第一光电二极管和第二光电二极管处接收的来自外部的相干光来提供公共输出信号。
在示例46中，示例45的主题可以可选地包括控制电路被配置成用于减少第一光电二极管和第二光电二极管的响应性的不平衡。
在示例47中，示例45或46的主题可以可选地包括：第一光电二极管、第二光电二极管中的至少一个可包括III-V epi结构。
在示例48中，示例45至47中任一项的主题可以可选地包括第一光电二极管和第二光电二极管包括相同的epi结构。
在示例49中，示例45至48中的任一项的主题可以可选地包括：控制电路可包括加热器，该加热器被配置成用于调整第一光电二极管或第二光电二极管中的至少一个的温度。
在示例50中，示例45至49中的任一项的主题可以可选地包括：控制电路可包括第一加热器和第二加热器中的至少一个，其中第一光电二极管和第二光电二极管中的至少一个光电二极管被布置在第一加热器与第二加热器之间。
在示例51中，示例45至50中的任一项的主题可以可选地包括：至少一个加热器在空间上布置在第一光电二极管与第二光电二极管之间。
在示例52中，示例51的主题可以可选地包括加热器与第一光电二极管和第二光电二极管距离相等。
在示例53中，示例45至52中的任一项的主题可以可选地包括：控制电路可包括电压电源，该电压电源被配置成用于调整在第一光电二极管或第二光电二极管中的至少一个电极处的偏置电压。
在示例54中，示例45至53中的任一项的主题可以可选地包括：控制电路可包括连接到电感器的直流偏置电压源。
在示例55中，示例45至54中的任一项的主题可以可选地包括：平衡光电检测器可包括耦合至第一光电二极管和第二光电二极管的输出端口，其中输出端口被配置成用于提供公共输出信号。
在示例56中，示例45至55中的任一项的主题可以可选地包括：第一光电二极管和第二光电二极管中的每一个可包括阳极和阴极，并且其中控制电路被耦合至布置在第一光电二极管与第二光电二极管之间的节点并耦合至第一光电二极管和第二光电二极管。
在示例57中，示例45至56中的任一项的主题可以可选地包括：第一光电二极管被耦合至第一电压源，第二光电二极管被耦合至第二电压源，其中控制电路提供第一电压源的电压与第二电压源的电压之间的偏置电压。
在示例58中，示例57的主题可以可选地包括：偏置电压和第一光电二极管与第二光电二极管之间的不平衡相关联。
在示例59中，示例45至58中的任一项的主题可以可选地包括：第一光电二极管和第二光电二极管可包括阳极和阴极，并且其中第一光电二极管和第二光电二极管在电气上串联。
在示例60中，示例45至59中的任一项的主题可以可选地包括被配置成用于控制电路并确定公共输出信号的控制器。
示例61是光检测和测距系统，可包括示例45至60中的任一项的光子集成电路。光检测和测距系统可进一步包括光学系统，该光学系统被配置成用于将光从角范围内的光子集成电路引导到光检测和测距系统的外部。
示例62是一种包括示例61的光检测和测距系统的交通工具。
在本文中使用词语“示例性”以意指“用作示例、实例、或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何示例或设计不必被解释为相比其他示例或设计是优选或有利的。
说明书或权利要求书中的词语“多数(plurality)”和“多个(multiple)”明确地指代大于一的量。说明书或权利要求书中的术语“(……的)组”、“(……的)集”、“(……的)集合”、“(……的)系列”、“(……的)序列”、“(……的)分组”等指代等于或大于一的量，即一个或多个。未明确表述“多数”或“多个”的任何以复数形式表达的术语同样是指等于或大于一的量。
例如，如本文中所使用的术语“处理器”或“控制器”可被理解为允许对数据的处置的任何种类的技术实体。可根据处理器或控制器执行的一个或多个特定功能来处置数据。进一步地，如本文中所使用的处理器或控制器可被理解为任何种类的电路，例如，任何种类的模拟或数字电路。处理器或控制器由此可以是或可包括模拟电路、数字电路、混合信号电路、逻辑电路、处理器、微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GraphicsProcessing Unit,GPU)、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)、集成电路、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit,ASIC)等、或其任何组合。相应功能的任何其他种类的实现方式也可被理解为处理器、控制器或逻辑电路。应当理解的是，任何两个(或更多个)本文中详述的处理器、控制器或逻辑电路可被实现为具有等效功能等等的单个实体，并且相反地，本文中详述的任何单个处理器、控制器或逻辑电路可被实现为具有等效功能等等的两个(或更多个)分开的实体。
术语“连接”可在(例如机械和/或电气)例如直接或间接的连接和/或交互的意义上被理解。例如，多个元件可以机械地连接在一起，使得它们被物理地保持(例如，插头连接到插座)和电气地保持，使得它们具有导电路径(例如，沿着通信链存在信号路径)。
尽管以上描述和相关附图可将电子设备组件描绘为单独的元件，但技术人员将会领会将分立的元件组合或集成为单个元件的各种可能性。此类可能性可包括：组合两个或更多个电路以用于形成单个电路，将两个或更多个电路安装到共同的芯片或基座上以形成集成元件，在共同的处理器核心上执行分立的软件组件，等等。相反，技术人员将意识到可将单个元件分成两个或更多个分立的元件，诸如，将单个电路分解为两个或更多个单独的电路，将芯片或基座分成最初设置在其上的分立的元件，将软件组件分成两个或更多个部分并在单独的处理器核心上执行每个部分，等等。此外，应当理解，硬件和/或软件组件的特定实现仅仅是说明性的，并且执行本文描述的方法的硬件和/或软件的其他组合也在本公开的范围内。
应当领会，本文中详述的方法的实现方式在本质上是示例性的，并且因此被理解为能够在相应的设备中实现。同样，将理解，本文中详述的设备的实现方式被理解为能够被实现为相应的方法。因此，应当理解，与本文详述的方法对应的设备可以包括被配置成执行相关方法的每个方面的一个或多个组件。
以上描述中定义的所有首字母缩写词附加地包含在本文包括的所有权利要求中。
虽然已经参照具体实施例具体地示出和描述了本公开，但本领域技术人员应当理解，可对本发明作出形式上和细节上的各种变化而不背离如所附权利要求所限定的本公开的精神和范围。因此，本公开的范围由所附权利要求表示并且因此旨在涵盖落在权利要求的等效含义和范围内的所有修改。

Claims (20)

1.一种平衡光电检测器，包括：
平衡光电检测器，包括：在公共节点处相互耦合的第一光电二极管和第二光电二极管，其中所述第一光电二极管具有第一有效响应性并且所述第二光电二极管具有第二有效响应性；以及
控制电路，配置成用于设置所述平衡光电检测器的操作参数，以便补偿所述第一有效响应性与所述第二有效响应性之间的差异。
2.如权利要求1所述的平衡光电检测器，
其中，所述控制电路被配置成用于设置所述平衡光电检测器的所述操作参数来引起所述第一有效响应性和/或所述第二有效响应性中的至少一个的有效响应性变化，以减少所述第一有效响应性与所述第二有效响应性之间的差异。
3.如权利要求1所述的平衡光电检测器，
其中，所述第一有效响应性包括所述第一光电二极管的第一响应性和与所述第一光电二极管相关联的第一光学损耗，
其中所述第二有效响应性包括所述第二光电二极管的第二响应性和与所述第二光电二极管相关联的第二光学损耗，以及
其中所述第一有效响应性和/或所述第二有效响应性中的至少一个的所述有效响应性变化包括所述第一响应性和/或所述第二有效响应性中的至少一个的变化。
4.如权利要求1所述的平衡光电检测器，
其中所述控制电路被配置成用于设置所述平衡光电检测器的所述操作参数来引起所述第一有效响应性的第一有效响应性变化和所述第二有效响应性的第二有效响应性变化，以及
其中所述第一有效响应性变化和所述第二有效响应性变化彼此具有相同的大小和相反的符号。
5.如权利要求1所述的平衡光电检测器，
其中所述平衡光电检测器的所述操作参数包括所述平衡光电检测器的偏置电压和/或温度中的至少一个。
6.如权利要求5所述的平衡光电检测器，
其中所述控制电路被配置成用于设置所述平衡光电检测器的所述偏置电压来提供所述第一光电二极管上的第一电压降和/或所述第二光电二极管上的第二电压降，使得所述第一电压降引起所述第一有效响应性中的第一变化和/或所述第二电压降引起所述第二有效响应性中的第二变化。
7.如权利要求6所述的平衡光电检测器，
其中，所述第一光电二极管耦合在第一电源节点与所述公共节点之间，
其中所述第二光电二极管耦合在所述公共节点与第二电源节点之间，以及
其中所述控制电路被配置成用于在所述第一电源节点处设置第一电压，在所述第二电源节点处设置第二电压，以及在所述公共节点处设置公共电压，以提供所述第一光电二极管上的所述第一电压降和所述第二光电二极管上的所述第二电压降。
8.如权利要求5所述的平衡光电检测器，
其中所述控制电路被配置成用于设置所述平衡光电检测器的所述温度来提供所述第一光电二极管上的第一温度和/或所述第二光电二极管上的第二温度，使得所述第一温度引起所述第一有效响应性中的第一变化和/或所述第二温度引起所述第二有效响应性中的第二变化。
9.如权利要求8所述的平衡光电检测器，
其中所述平衡光电检测器包括配置成用于提供热量的热源，以及
其中所述控制电路被配置成用于控制所述热源以在所述平衡光电检测器处提供热量，使得所述第一光电二极管处于所述第一温度并且所述第二光电二极管处于所述第二温度。
10.如权利要求9所述的平衡光电检测器，
其中所述热源包括与所述第一光电二极管相关联的第一热源和与所述第二光电二极管相关联的第二热源，以及
其中所述控制电路被配置成用于控制所述第一热源来在所述第一光电二极管处提供热量，使得所述第一光电二极管处于所述第一温度，和/或
其中所述控制电路被配置成用于控制所述第二热源来在所述第二光电二极管处提供热量，使得所述第二光电二极管处于所述第二温度。
11.如权利要求1至10中的任一项所述的平衡光电检测器，进一步包括：
与所述公共节点耦合的跨阻放大器，
其中所述跨阻放大器被配置成用于：
接收与所述第一光电二极管相关联的第一光电流和与所述第二光电二极管相关联的第二光电流，以及
提供电压输出作为所述第一光电流和所述第二光电流彼此的组合。
12.如权利要求11所述的平衡光电检测器，
其中，所述跨阻放大器的非反转端或反转端中的一个与所述公共节点耦合，
其中所述跨阻放大器的所述非反转端或所述反转端中的另一个与电压源耦合，以及
其中所述控制电路被配置成用于控制所述电压源来在所述公共节点处提供所述公共电压。
13.如权利要求1至12中的任一项所述的平衡光电检测器，
其中，所述控制电路被配置成用于设置所述平衡光电检测器的所述操作参数来增加与所述平衡光电检测器相关联的共模抑制比。
14.一种光检测和测距(LIDAR)模块，包括如权利要求1所述的平衡光电检测器。
15.如权利要求14所述的LIDAR系统，进一步包括：
光源，所述光源被配置成用于发射光，以及
光学耦合器，所述光学耦合器被配置成用于：
接收所述光源发射的光的一部分；
接收来自所述LIDAR系统的视野的光；
将来自所述视野的光和所述光源发射的光彼此光学耦合以提供输出光；以及
在所述第一光电二极管处提供所述输出光的第一部分并且在所述第二光电二极管处提供所述输出光的第二部分。
16.一种平衡光电检测器，包括：
平衡光电检测器，包括：具有第一有效响应性的第一光电二极管和具有第二有效响应性的第二光电二极管，其中所述第一有效响应性和所述第二有效响应性之间有初始差异；以及
控制电路，所述控制电路被配置成用于设置所述平衡光电检测器的操作参数，以引起所述第一有效响应性中的第一有效响应性变化和所述第二有效响应性的第二有效响应性变化，使得所述第一有效响应性与所述第二有效响应性之间的操作差异小于所述第一有效响应性和所述第二有效响应性的初始差异。
17.如权利要求16所述的平衡光电检测器，
其中所述控制电路被配置成用于设置所述平衡光电检测器的所述操作参数，使得所述第一有效响应性与所述第二有效响应性之间的操作差异基本为零。
18.如权利要求16所述的平衡光电检测器，
其中所述平衡光电检测器的所述操作参数包括所述平衡光电检测器的偏置电压和/或温度中的至少一个。
19.一种操作平衡光电检测器的方法，所述平衡光电检测器包括第一光电二极管和第二光电二极管，其中所述第一光电二极管具有第一有效响应性并且所述第二光电二极管具有第二有效响应性；所述方法包括：
设置所述平衡光电检测器的操作参数，以便补偿所述第一有效响应性与所述第二有效响应性之间的差异。
20.如权利要求19所述的方法，
其中所述平衡光电检测器的所述操作参数包括所述平衡光电检测器的偏置电压和/或温度中的至少一个。
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