CN207096475U - 低回波损耗的探测器结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的低回波损耗的探测器结构，包括封装壳体和依次设置于所述封装壳体内的用于固定斜8。尾纤的固定端面、用于固定透镜的透镜固定件和用于固定探测器芯片的芯片固定件，所述尾纤、所述透镜和所述探测器芯片的中心位于同一直线上，通过透镜将斜8。尾纤发射的光束耦合至探测器芯片表面，通过将所述芯片固定件倾斜设置使探测器芯片的中心轴线远离耦合光束的入射方向，相当于将探测器芯片的表面看作镜面，倾斜设置之后，增加了入射光的入射角也就增加了反射角，反射角增加之后，反射的光束进入透镜的几率降低，进而降低了进入固定斜8。尾纤的反射光数，有效降低了探测器的回波损耗。

Description

低回波损耗的探测器结构

技术领域

本实用新型涉及光电探测技术领域，具体涉及一种低回波损耗的探测器结构。

背景技术

光电探测器在光纤通信系统中起光电转换作用，在信号的光路传输中，是光接收机的核心元器件。随着光纤通信的发展，高速光纤传输系统的广泛应用，如SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系)、大功率CATV(Community AntennaTelevision，社区公共电视天线)系统等，都有很高的回波损耗和响应要求。

现有的光电探测器结构一般如图1a所示，包括封装壳体1，在所述封装壳体1内部设置有尾纤2，所述尾纤2通过固定端面3进行固定。尾纤2发出的光束经透镜4之后耦合至安装部件6上的探测器芯片5的光敏区。如图所示，为了降低光电探测器的回波损耗，所述固定端面3连同所述尾纤2的端面被设计为斜8°。图1b给出了该光电探测器结构的光路示意图，如图，尾纤2光经透镜4汇聚后被在探测器芯片5接收，部分光71不能完全接收，经透镜4后形成反射光72反射到尾纤2中形成回波损耗，当对探测器精度要求较高时，现有技术中的光电探测器无法满足低回波损耗的要求。

实用新型内容

本实用新型实施例旨在提供一种低回波损耗的探测器结构，以消除现有技术中由于探测器芯片反射光进入单模光纤中形成的回波损耗。

为此，本实用新型提供一种低回波损耗的探测器结构，包括封装壳体和依次设置于所述封装壳体内的用于固定斜8°尾纤的固定端面、用于固定透镜的透镜固定件和用于固定探测器芯片的芯片固定件，所述尾纤、所述透镜和所述探测器芯片的中心位于同一直线上，且所述芯片固定件倾斜设置使所述探测器芯片的中心轴线远离耦合光束的入射方向。

可选地，上述的低回波损耗的探测器结构中，所述芯片固定件的倾斜角度为4°-6°。

可选地，上述的低回波损耗的探测器结构中，所述芯片固定件的倾斜角度为5°。

可选地，上述的低回波损耗的探测器结构中，还包括第一增透膜，所述第一增透膜的折射率为1.8-2.0，镀于所述探测器芯片表面。

可选地，上述的低回波损耗的探测器结构中，所述第一增透膜由S_iN_x材料制备得到。

可选地，上述的低回波损耗的探测器结构中，所述第一增透膜的厚度为1850-2000埃。

可选地，上述的低回波损耗的探测器结构中，还包括第二增透膜，所述第二增透膜的折射率为1.46-2.2，镀于所述透镜表面。

可选地，上述的低回波损耗的探测器结构中，所述第二增透膜由Si、H4或Ta₂O₅制备得到。

可选地，上述的低回波损耗的探测器结构中，所述第二增透膜的厚度为1800-2200埃。

可选地，上述的低回波损耗的探测器结构中，所述探测器芯片的帽层由InP制备而成，所述探测器芯片的吸收层由In0.53Ga0.47As制备而成。

本实用新型提供的上述技术方案与现有技术相比，至少具有如下技术效果：

本实用新型提供的低回波损耗的探测器结构，包括封装壳体和依次设置于所述封装壳体内的用于固定斜8°尾纤的固定端面、用于固定透镜的透镜固定件和用于固定探测器芯片的芯片固定件，所述尾纤、所述透镜和所述探测器芯片的中心位于同一直线上，通过透镜将斜8°尾纤发射的光束耦合至探测器芯片表面，通过将所述芯片固定件倾斜设置使探测器芯片的中心轴线远离耦合光束的入射方向，相当于将探测器芯片的表面看作镜面，倾斜设置之后，增加了入射光的入射角也就增加了反射角，反射角增加之后，反射的光束进入透镜的几率降低，进而降低了进入固定斜8°尾纤的反射光数，有效降低了探测器的回波损耗。

附图说明

图1a为现有技术中探测器的结构示意图；

图1b为图1a所示结构的光路示意图；

图2a为本实用新型一个实施例所述的低回波损耗的探测器结构的示意图；

图2b为图2a所示结构的光路示意图；

图3为探测器芯片表面镀覆第一增透膜的光路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和提供的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供一种低回波损耗的探测器结构，如图2a所示，包括封装壳体21和依次设置于所述封装壳体21内的用于固定斜8。尾纤22的固定端面23、用于固定透镜24的透镜固定件25和用于固定探测器芯片26的芯片固定件27，所述尾纤22、所述透镜24和所述探测器芯片26的中心位于同一直线上，所述芯片固定件27倾斜设置使探测器芯片26的中心轴线绕中心旋转一定角度以远离耦合光束的入射方向。如图2a，探测器封装壳体21外部设置有引脚，由于与本申请的方案实现过程没有直接关系，此处不做过多介绍。在倾斜设置所述探测器芯片26时，要保证从透镜25射出的光能够耦合至探测器芯片26的光敏感区，在这一前提下，倾斜角度可尽量增大。作为一种优选的方案，所述芯片固定件的倾斜角度为4°-6°，更为优选地，选择倾斜角度为5°，图2a中所示即为倾斜角度为5°的示意图。

上述方案的效果可通过图1b和2b对比所示：尾纤22发射的光束经过透镜24耦合至探测器芯片26，如果探测器芯片26保持平行设置，则如图1b所示，部分光71不能完全接收，经由探测器芯片26反射、经透镜24之后形成反射光72进入尾纤形成回波损耗。而将探测器芯片26倾斜设置之后，如图2b所示，相当于增加了入射光的入射角，从而增加入射光的反射角，使得未被探测器芯片26接收的部分光71经反射后无法进入透镜24的有效区域，也更加无法经透镜后形成反射光。经过比对两幅光路示意图，显然上述方案中的探测器结构比现有探测器结构具有更小的回波损耗。

在上述方案的基础上，所述探测器结构，还包括第一增透膜，所述第一增透膜的折射率为1.8-2.0，镀于所述探测器芯片26表面。在选择增透膜时，依据探测器结构所探测的光束的波长来选择。例如，对于探测1310nm/1550nm波长光的探测器，在探测器芯片26上镀1310nm/1550nm增透膜,提高芯片响应降低表面反射。以图3所示为探测器芯片26表面镀覆一层第一增透膜后的光路示意图。n₀为入射介质层的折射率，n₁为第一增透膜的折射率，n₂为基底材料的折射率(即探测器芯片表面的折射率)，d为第一增透膜厚度，r为入射光的入射角，i为光在第一增透膜中的折射角，根据光学干涉理论，该膜系的反射率R表示为：

式中，λ为入射光波长，第一增透膜的反射主要决定于入射介质的折射率n₀,第一增透膜折射率n₁,基底材料折射率n₂,第一增透膜厚度d,入射光波长λ在增透膜中的折射角i。当n₀<n₁<n₂时，根据光的干涉理论，第一增透膜反射率一般比没有膜的基底反射要低，第一增透膜具有增透作用。

在一般的探测器芯片增透膜设计中，通常只考虑光垂直入射，即i＝0，cosi＝1。则当控制光学厚度n₁d＝λ₀/4时，λ₀为入射光的波长，对于本方案来说即为所述耦合光束的波长。在λ＝λ₀时：第一增透膜要做到0反射需要两个条件：

1、光学厚度满足n₁d＝λ₀/4。

2、n₀<n₁<n₂。

对于InP帽层的InGaAs/Inp系列光电探测芯片在空气中工作时能够得到：n₀＝1，n₂＝n_Inp＝3.2,则可选择的第一增透膜折射率范围1<n₁<3.2，最佳增透折射率优选选用S_iN_x材料制备得到第一增透膜，S_iN_x折射率通常在1.85-2.1范围可调，最佳选择为折射率为2.0。第一增透膜厚度根据增透膜的最佳设计对于探测器芯片来说被探测光的典型波长为1550nm，故选择λ₀＝1550nm时，第一增透膜厚度范围

类似地，所述探测器结构，还包括第二增透膜，所述第二增透膜的折射率为1-3.2，镀于所述透镜表面。所述第二增透膜由Si、H4、Ta₂O₅材料制备得到，折射率通常在1.46-2.2范围可调，最佳选择为折射率为2.0。选择λ₀＝1550nm时，第二增透膜厚度范围

当选择镀有1310nm/1550nm增透膜的透镜时，假设探测光是由折射率为n₁的介质垂直入射至折射率为n₂的介质中，则透射率为假设从空气中入射至玻璃透镜中，空气的折射率为1.0，玻璃的折射率为1.8，由空气直接进入玻璃，透射率＝91.84％。从上述分析可以看出，玻璃透镜不镀膜透射率较低，如果直接使用可能反射较大而影响回波损耗，而本方案选择镀有1310nm/1550nm的增透膜的透镜后，透射率>97％，可有效降低探测器的回波损耗。

在以上方案的基础上，所述探测器芯片26的帽层由InP制备而成，所述探测器芯片26的吸收层由In0.53Ga0.47As制备而成。光子能量hυ大于半导体材料的禁带宽度E_g时，价带上的电子可以吸收光子而跃迁到导带，否则不论入射光多强，光电效应都不会发生。所以，任何一种材料制作的光电二极管都有上截止波长。探测器的一般结构包括自上而下依次设置的帽层、吸收层、缓冲层和衬底层，可以得到禁带宽度大于0.95eV的材料作为探测器的帽层，禁带宽度为0.8eV的材料做为探测器的吸收层时能够最大限度的实现光电效应。因此Inp(E_g＝1.35eV)和In0.53Ga0.47As可以完全晶格匹配。

以上方案中，所述封装壳体21可以为卡接式圆型壳体、带螺纹圆型壳体、卡接式方型壳体中的任一种。通过测试，若同时采用探测器芯片26倾斜设置、探测器芯片26表面和透镜24表面镀覆增透膜、探测器芯片26的帽层由InP制备而成，吸收层由In0.53Ga0.47As制备而成，结合斜8°尾纤22的探测器结构，可以到达1310nm和1550nm双波长0.9A/W响应及50dB的回波损耗。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种低回波损耗的探测器结构，其特征在于，包括封装壳体和依次设置于所述封装壳体内的用于固定斜8°尾纤的固定端面、用于固定透镜的透镜固定件和用于固定探测器芯片的芯片固定件，所述尾纤、所述透镜和所述探测器芯片的中心位于同一直线上，且所述芯片固定件倾斜设置使所述探测器芯片的中心轴线远离耦合光束的入射方向。

2.根据权利要求1所述的低回波损耗的探测器结构，其特征在于，所述芯片固定件的倾斜角度为4°-6°。

3.根据权利要求2所述的低回波损耗的探测器结构，其特征在于，所述芯片固定件的倾斜角度为5°。

4.根据权利要求1-3任一项所述的低回波损耗的探测器结构，其特征在于，还包括第一增透膜，所述第一增透膜的折射率为1.8-2.0，镀于所述探测器芯片表面。

5.根据权利要求4所述的低回波损耗的探测器结构，其特征在于，所述第一增透膜由S_iN_x材料制备得到。

6.根据权利要求5所述的低回波损耗的探测器结构，其特征在于，所述第一增透膜的厚度为1850-2000埃。

7.根据权利要求1-3任一项所述的低回波损耗的探测器结构，其特征在于，还包括第二增透膜，所述第二增透膜的折射率为1.46-2.2，镀于所述透镜表面。

8.根据权利要求7所述的低回波损耗的探测器结构，其特征在于，所述第二增透膜由Si、H4或Ta₂O₅制备得到。

9.根据权利要求8所述的低回波损耗的探测器结构，其特征在于，所述第二增透膜的厚度为1800-2200埃。

10.根据权利要求1-3任一项所述的低回波损耗的探测器结构，其特征在于，所述探测器芯片的帽层由InP制备而成，所述探测器芯片的吸收层由In0.53Ga0.47As制备而成。