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引用本文:王栋,陈代尧,卢朝保, 等. 小型化高隔离度平衡光电探测器阵列研究[J]. 光通信技术,2024,48(5):97-101.

小型化高隔离度平衡光电探测器阵列研究

王 栋1,2,陈代尧1,2,卢朝保1,2,谭 荣1,2,黄 梦1

(1.成都嘉纳海威科技有限责任公司,成都 610041;2.微波光子技术四川省重点实验室,成都 610029)

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摘要:针对传统微波光子应用平衡光电探测器体积大、集成度低的问题,设计了一种基于光电混合集成封装技术的小型化、高隔离度平衡光电探测器阵列,通过集成多个平衡光电二极管芯片及其偏置与匹配电路,实现了4个独立通道的平衡光电探测功能,每个通道平均体积仅为588 mm3。此外,搭建了测试系统,对平衡光电探测器阵列的性能进行测试。测试结果表明:该平衡光电探测器阵列各个通道的响应度大于0.9 A/W,3 dB带宽约为12 GHz,带宽范围内的通道一致性优于 ±0.43 dB,共模抑制比大于30 dB,通道隔离度在50 dBc以上,在10 GHz处的饱和输入光功率大于8.4 dBm。

关键词:微波光子;平衡光电探测器阵列;小型化;高隔离度;光电混合集成

中图分类号:TN256  文献标志码:文章编号:1002-5561(2024)05-0097-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2024.05.016

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这篇文章主要研究了小型化高隔离度平衡光电探测器阵列的设计、制备与性能测试。以下是文件的核心要点总结:

  1. 研究背景与动机

    • 传统问题:传统微波光子应用中的平衡光电探测器存在体积大、集成度低的问题。

    • 目标:设计一种基于光电混合集成封装技术的小型化、高隔离度平衡光电探测器阵列。

  2. 设计与实现

    • 技术路线:通过集成多个平衡光电二极管芯片及其偏置与匹配电路,实现四路平衡光电探测功能。

    • 关键组件:平衡PD芯片、阻容、金属化斜面双光纤、多光纤插拔式光连接器、超小型插拔式射频连接器及气密金属腔体。

    • 小型化优势:单个通道平均体积仅588 mm³,相比美国Coherent公司产品的单通道体积降低了84.4%。

  3. 关键参数与性能

    • 响应度:各通道响应度大于0.9 A/W,响应度差异小,表明高耦合效率和一致性。

    • 带宽:3dB带宽约12 GHz,满足高性能微波光子传输链路需求。

    • 通道一致性:在12 GHz频率范围内,通道一致性优于±0.43 dB。

    • 共模抑制比(CMRR):大于30 dB,有效抑制共模噪声。

    • 通道隔离度:在50 dBc以上,显著降低通道间串扰。

    • 饱和输入光功率:在10 GHz处大于8.4 dBm,保证高功率输入下的线性度。

  4. 性能测试

    • 测试系统:包括矢量网络分析仪、调制光源、光纤放大器、光衰减器、直流电源等。

    • 测试结果:通过测试验证了各通道的性能指标,包括增益响应曲线、通道一致性、CMRR、响应度、通道隔离度和饱和输入光功率。

  5. 应用前景

    • 广泛应用领域:空间激光通信、光纤通信、相干激光雷达、光学相干层析成像及量子信息等领域。

    • 未来改进:计划提升平衡PD芯片的带宽和饱和输入光功率,以满足更高性能需求。

  6. 团队与资助

    • 研究团队:成都嘉纳海威科技有限责任公司及微波光子技术四川省重点实验室的研究人员。

    • 资助项目:微波光子技术四川省重点实验室基金项目(内部编号:WMP2023-00)。

  7. 研究价值

    • 技术创新:在光电混合集成技术领域实现了显著的小型化和高性能。

    • 实际应用:为微波光子系统提供了更紧凑、高效的平衡光电探测器解决方案。