引用本文:

陈代尧,周鹏,王栋,等. 面向微波光子应用的高一致性光电探测器阵列研究[J]. 光通信技术,2026,50(2):79-83.

面向微波光子应用的高一致性光电探测器阵列研究

陈代尧,周 鹏,王 栋,卢朝保,黎洪迪

(成都嘉纳海威科技有限责任公司,成都 610041)

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摘要:针对微波光子系统对集成功率合成器的光电探测器阵列的实用化需求,设计了一种基于光电混合集成封装技术的高一致性光电探测器阵列。该方法从光路设计、射频链路设计和封装结构设计3个维度展开,通过对光纤长度公差进行精确控制,并对低噪声放大器、均衡器等射频芯片的增益与相位进行筛选匹配,以提升通道间一致性。实验结果表明:该阵列工作频率为2~18 GHz,单通道增益大于-13.7 dB,通道增益一致性为±0.3 dB,相位一致性优于±13.82°,扣除光纤长度差异后电相位一致性优于±2.75°。基于实测数据的功率合成仿真显示,合成后增益大于-7.6 dB,相对功率合成效率达97.5%以上,扣除光纤长度差异后平均效率达99.83%。

关键词:微波光子;光电探测器阵列;功率合成;高一致性

中图分类号:TN256  文献标志码:文章编号:1002-5561(2026)02-0079-05

DOI: DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2026.02.013

论文主要探讨了模拟光链路中光电探测器阵列的设计、制备、测试及功率合成效率。以下是文件的核心内容总结:

  1. 研究背景与目标

    • 模拟光链路特性:模拟光链路因其高带宽、低损耗特性,在天线远程处理、有线电视和光控相控阵雷达等领域有广泛应用。

    • 光电探测器阵列的重要性:高功率光电探测器是模拟光链路中的核心器件,其性能指标在高光电流工作条件下显著提升。

    • 研究目标:设计一种基于光电混合集成封装技术的高一致性光电探测器阵列,以满足微波光子系统对集成功率合成器的实用化需求。

  2. 器件设计与制备

    • 组件构成:光电探测器阵列主要由光电探测器芯片、低噪声放大器芯片、均衡器芯片、功率合成器芯片等组成。

    • 光路设计与光纤长度控制:采用大斜面光纤直接耦合方案,通过精确控制光纤长度公差(±0.5 mm以内)来减少光相位差。

    • 射频链路设计:包括电/光与光/电转换链路、低噪声放大器、均衡器及功率合成器,通过筛选匹配射频芯片的增益与相位来提升一致性。

    • 封装结构设计:选用与芯片热膨胀系数相匹配的可伐合金材料,采用数控加工整体成型,内部用金属墙隔离以避免串扰。

  3. 器件性能测试

    • 测试系统搭建:使用高功率激光器组件、电光调制器、光纤放大器等设备搭建测试系统。

    • 单通道测试结果:工作频率范围覆盖2~18 GHz,单通道增益大于-13.7 dB,通道增益一致性为±0.3 dB,通道相位一致性优于±13.82°,通道电相位一致性优于±2.75°。

  4. 功率合成仿真

    • 仿真原理:基于先进设计系统(ADS)软件,利用实测S参数进行功率合成仿真。

    • 仿真结果:功率合成后增益大于-7.6 dB,直接功率合成的相对效率大于97.5%,扣除光纤长度差异后的平均相对功率合成效率提升至99.83%。

  5. 研究结论与展望

    • 研究结论:通过光路、射频链路及结构方面的设计,实现了高增益一致性和高相位一致性的光电探测器阵列。

    • 未来展望:下一步将提升光纤长度公差的控制精度,以进一步提高通道相位一致性。

论文通过详细的设计、制备、测试和仿真过程,验证了所提出的高一致性光电探测器阵列在微波光子系统中的有效性和实用性,为相关领域的研究提供了有价值的参考。