光子微波产生装置及信号接收端的制作方法

1.本技术属于光子微波技术领域，尤其涉及光子微波产生装置及信号接收端。


背景技术：

2.太赫兹(thz)波从广义上来讲，是指频率在0.1-10thz范围内的电磁波，其中1thz＝1000ghz，太赫兹波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，太赫兹技术是国际科技界公认的一个非常重要的交叉前沿领域。
3.光电探测器是一种将入射光信号转换成电信号输出的光电器件，在光通信领域具有广泛的运用，特别是在光纤通信中，是决定整个光纤通信系统性能的关键器件。现有的光电探测器存在电路结构复杂、频段单一等问题。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的问题，本技术实施例提供了一种光子微波产生装置及信号接收端。
5.本技术是通过如下技术方案实现的：
6.第一方面，本技术实施例提供了一种光子微波产生装置，包括电路基片，以及设置在所述电路基片第一侧面的微波光子转换单元、接地电容、功率输出端、直流偏置输入端、第一偏置线输出端和第二偏置线输出端；
7.所述微波光子转换单元一端与所述功率输出端连接，另一端与所述第一偏置线输出端连接，所述第二偏置线输出端通过所述接地电容与所述直流偏置输入端连接，所述第一偏置线输出端和所述第二偏置线输出端能够与外部微带线或共面波导连接。
8.本技术实施例，在电路基片上集成微波光子转换单元、第一偏置线输出端、第二偏置线输出端，外部微带线或共面波导的长度可以根据实际需要进行计算调节，因此应用频率频段可以通过调节外接微带线或共面波导实现转换调节，从微波到thz频段皆能应用。另外，在电路基片上集成接地电容，来对微波光子转换单元施加负偏置电压，方便微波光子转换单元工作在最佳直流偏置状态，能够使得微波光子转换单元饱和输出功率大大提高。
9.基于第一方面，在一些实施例中，所述电路基片的第二侧面上与所述微波光子转换单元对应的位置处设置有抗反射涂层。
10.基于第一方面，在一些实施例中，聚焦后的激光信号输入到所述电路基片的第二侧面与所述微波光子转换单元对应的区域，所述激光信号通过所述电路基片入射到所述微波光子转换单元，所述微波光子转换单元将所述激光信号转换成太赫兹波信号，所述太赫兹信号从所述功率输出端输出。
11.基于第一方面，在一些实施例中，所述电路基片为inp电路基片。
12.基于第一方面，在一些实施例中，所述微波光子转换单元为单行载流子光探测器utc-pd。
13.示例性的，utc-pd的阳极分别与所述功率输出端和所述第一偏置线输出端连接，
utc-pd的阴极与电路基片上的镀金接地相连，utc-pd底部的镀金层与电路基片上的镀金接地相连，抗反射涂层设置于utc-pd的底部，用于接收激光信号。
14.基于第一方面，在一些实施例中，所述接地电容为mim接地电容。
15.基于第一方面，在一些实施例中，在所述电路基片第一侧面上，位于所述微波光子转换单元和所述功率输出端之间还设置有匹配电路，所述微波光子转换单元和所述功率输出端通过所述匹配电路连接。
16.基于第一方面，在一些实施例中，外部微带线或共面波导的长度基于太赫兹信号工作频段中心频率的1/4λ计算得到；接地电容用于将太赫兹信号交流接地；所述第一偏置线输出端、所述第二偏置线输出端与外部微带线或共面波导构成选通滤波器，该选通滤波器使得工作频率信号通过，其它交流信号接地。
17.上述光子微波产生装置，可以实现utc-pd独立偏置，调整达到其最佳的工作状态，得到最高的饱和输出功率；在同一inp电路基片可以通过改变外接微带线或共面波导的长度，达到工作频率1/4λ波长的微带线偏置，可以实现不同频率波段的功率输出，且节省接地电容，这种光电转换的电路方式，具有电路简单、使用方便的优势。
18.第二方面，本技术实施例提供了一种信号接收端，包括如第一方面中任一项所述的光子微波产生装置。
19.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本技术一实施例提供的光子微波产生装置的结构示意图；
22.图2是本技术又一实施例提供的光子微波产生装置的结构示意图；
23.图3是本技术一实施例提供的utc-pd的结构示意图。
具体实施方式
24.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
25.应当理解，当在本技术说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
26.还应当理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
27.如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下
文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0028]
另外，在本技术说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0029]
在本技术说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
[0030]
在高速大功率光电探测器的研究，最早是在传统的pin光电探测器上进行改进的，其存在响应速度与响应度之间的矛盾，而且高注入光强下的空间电荷效应限制了饱和输出光电流。单行载流子(utc,uni-traveling-carrier)结构只使用电子作为有效载流子，光的吸收不在本征区，而是在掺杂的p区，重量较大的空穴对光电流没有贡献。utc-pd(uni-traveling-carrier photodetector，单行载流子光探测器)是高速大功率光电探测器的一种可选方案，只用电子作为有源载流子，能够有效地抑制空间电荷效应。与pin器件不同，utc-pd吸收层采用p掺杂，收集层采用宽带隙材料，同时加入阻挡层，阻挡电子进入阳极，形成电子的单一传输通道，有效削弱了空间电荷效应，使得器件高速和高饱和特性大大提升满足新时代对光探测器提出的要求。
[0031]
本技术实施例中提供了一种光子微波产生装置，包括电路基片，以及设置在所述电路基片第一侧面的微波光子转换单元、接地电容、功率输出端、直流偏置输入端、第一偏置线输出端和第二偏置线输出端。微波光子转换单元一端与功率输出端连接，另一端与第一偏置线输出端连接，第二偏置线输出端通过接地电容与直流偏置输入端连接，第一偏置线输出端和第二偏置线输出端能够与外部微带线或共面波导连接。
[0032]
本技术实施例，在电路基片上集成微波光子转换单元、第一偏置线输出端、第二偏置线输出端，外部微带线或共面波导的长度可以根据实际需要进行计算调节，因此应用频率频段可以通过调节外接微带线或共面波导实现转换调节，从微波到thz频段皆能应用。另外，在电路基片上集成接地电容，来对微波光子转换单元施加负偏置电压，方便微波光子转换单元工作在最佳直流偏置状态，从而能够使得微波光子转换单元的饱和输出功率大大提高。
[0033]
以下对本技术实施例种的光子微波产生装置进行详细说明。
[0034]
参见图1和图2，上述光子微波产生装置可以包括：电路基片10、微波光子转换单元14、接地电容17、功率输出端12、直流偏置输入端18、第一偏置线输出端15和第二偏置线输出端16。微波光子转换单元14、接地电容17、功率输出端12、直流偏置输入端18、第一偏置线输出端15和第二偏置线输出端16设置在电路基片10的第一侧面上。
[0035]
其中，微波光子转换单元14一端与功率输出端12连接，另一端与第一偏置线输出端15连接，第二偏置线输出端16通过接地电容17与直流偏置输入端18连接。第一偏置线输出端15和第二偏置线输出端16能够与外部微带线或共面波导100连接。
[0036]
示例性的，在电路基片10的第二侧面上与微波光子转换单元14对应的位置处设置有抗反射涂层19。
[0037]
示例性的，电路基片10可以为inp(磷化铟)电路基片。
[0038]
示例性的，微波光子转换单元14可以为utc-pd(uni-traveling-carrier photodetector，单行载流子光探测器)。
[0039]
这种ingaas/inp utc-pd结构是用金属有机物化学汽相沉积(mocvd)技术在半绝缘inp衬底上逐层生长而成的。参见图3，utc-pd的结构包括：inp衬底，设置在inp衬底下侧面外围的镀金层，设置在inp衬底下侧面中部的抗反射涂层，设置在inp衬底上侧面的亚收集层，设置在亚收集层上侧面外围的阴极，依次设置在亚收集层上侧面中部的收集层、崖层、过渡层、吸收层、阻挡层和欧模接触层，设置在欧姆接触层上的阳极。其中，各层厚度和掺杂浓度请参照相关技术，在此不再详述。
[0040]
示例性的，utc-pd可以贯穿电路基片10，utc-pd顶部的阳极可以裸露在电路基片10的第一侧面，utc-pd底部的抗反射涂层可以裸露在电路基片10的第二侧面，第一侧面与第二侧面相对。
[0041]
本技术实施例中，utc-pd的阳极分别与功率输出端12和第一偏置线输出端15连接，utc-pd的阴极与电路基片10上的镀金接地相连，utc-pd底部的镀金层与电路基片10上的镀金接地相连，抗反射涂层19设置于utc-pd底部，用于接收激光信号。
[0042]
示例性的，这种台面垂直入射背照式器件可以通过常规的光刻、金属剥离和湿化学刻蚀等工艺加工处理后，对inp衬底背面减薄抛光，再沉积抗反射涂层19。
[0043]
示例性的，接地电容17可以为mim接地电容。
[0044]
示例性的，在电路基片10第一侧面上，位于微波光子转换单元14和功率输出端12之间还设置有匹配电路13，微波光子转换单元14和功率输出端12通过匹配电路13连接。具体的，utc-pd的阳极通过匹配电路13与功率输出端12连接。
[0045]
在直流偏置输入端18施加负压；通过光纤头的激光信号(例如1550nm的激光信号)通过透镜调节，聚焦后射向inp电路基片10第二侧面的抗反射涂层19。激光信号通过inp电路基片10入射到inp电路基片10第一侧面14所示的圆形区域，这一区域包含utc-pd的收集层、崖层、过渡层和吸收层，utc-pd的阴极接地。在utc-pd的收集层中，由于外加电压作用，激光信号在吸收层产生的光生电子流向阴极，从而生成流向阳极的光生电流，转换生成的太赫兹波信号经utc-pd阳极输出，输出的太赫兹信号经过匹配电路13从功率输出端12输出。
[0046]
外部微带线或共面波导100的长度基于太赫兹信号工作频段中心频率的1/4λ(波长)计算得到。第一偏置线输出端15、第二偏置线输出端16与外部微带线或共面波导100构成选通滤波器，该选通滤波器使得工作频率信号通过，其它交流信号接地。通过mim接地电容造成太赫兹信号交流接地，直流负电压通过直流偏置输入端18以及外部微带线或共面波导100施加到utc-pd的正极，使utc-pd工作在最佳直流状态。
[0047]
本技术实施例提供的光子微波产生装置，为用于光信号转换为太赫兹信号的单片集成电路形式，采用该电路形式，可以实现utc-pd独立偏置，调整达到其最佳的工作状态，使得utc-pd饱和输出功率达到最高。另外，外部微带线或共面波导100的长度可以根据实际需要进行计算调节，在同一inp电路基片可以通过改变外接微带长度，达到工作频率1/4λ波
长的微带线偏置，因此应用频率频段可以通过调节外接微带线或共面波导实现转换调节，可以实现不同频率波段的功率输出，且节省接地电容，这种光电转换的电路方式，具有电路简单、使用方便的优势。
[0048]
可选的，本技术实施例还提供了一种信号接收端，该信号接收端包含上述任一种光子微波产生装置，且具有上述光子微波产生装置所具有的一切有益效果，在此不再赘述。
[0049]
以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，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技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种光子微波产生装置，其特征在于，包括电路基片，以及设置在所述电路基片第一侧面的微波光子转换单元、接地电容、功率输出端、直流偏置输入端、第一偏置线输出端和第二偏置线输出端；所述微波光子转换单元一端与所述功率输出端连接，另一端与所述第一偏置线输出端连接，所述第二偏置线输出端通过所述接地电容与所述直流偏置输入端连接，所述第一偏置线输出端和所述第二偏置线输出端能够与外部微带线或共面波导连接。2.如权利要求1所述的光子微波产生装置，其特征在于，所述电路基片的第二侧面上与所述微波光子转换单元对应的位置处设置有抗反射涂层。3.如权利要求1所述的光子微波产生装置，其特征在于，聚焦后的激光信号输入到所述电路基片的第二侧面与所述微波光子转换单元对应的区域，所述激光信号通过所述电路基片入射到所述微波光子转换单元，所述微波光子转换单元将所述激光信号转换成太赫兹波信号，所述太赫兹信号从所述功率输出端输出。4.如权利要求1所述的光子微波产生装置，其特征在于，所述电路基片为inp电路基片。5.如权利要求2所述的光子微波产生装置，其特征在于，所述微波光子转换单元为单行载流子光探测器utc-pd。6.如权利要求5所述的光子微波产生装置，其特征在于，utc-pd的阳极分别与所述功率输出端和所述第一偏置线输出端连接，utc-pd的阴极与电路基片上的镀金接地相连，utc-pd底部的镀金层与电路基片上的镀金接地相连，抗反射涂层设置于utc-pd底部，用于接收激光信号。7.如权利要求1所述的光子微波产生装置，其特征在于，所述接地电容为mim接地电容。8.如权利要求1所述的光子微波产生装置，其特征在于，在所述电路基片第一侧面上，位于所述微波光子转换单元和所述功率输出端之间还设置有匹配电路，所述微波光子转换单元和所述功率输出端通过所述匹配电路连接。9.如权利要求1所述的光子微波产生装置，其特征在于，外部微带线或共面波导的长度基于太赫兹信号工作频段中心频率的1/4λ计算得到；接地电容用于将太赫兹信号交流接地；所述第一偏置线输出端、所述第二偏置线输出端与外部微带线或共面波导构成选通滤波器，该选通滤波器使得工作频率信号通过，其它交流信号接地。10.一种信号接收端，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的光子微波产生装置。

技术总结
本申请适用于光子微波技术领域，提供了光子微波产生装置及信号接收端.该光子微波产生装置包括：电路基片，以及设置在所述电路基片第一侧面的微波光子转换单元、接地电容、功率输出端、直流偏置输入端、第一偏置线输出端和第二偏置线输出端；所述微波光子转换单元一端与所述功率输出端连接，另一端与所述第一偏置线输出端连接，所述第二偏置线输出端通过所述接地电容与所述直流偏置输入端连接，所述第一偏置线输出端和所述第二偏置线输出端能够与外部微带线或共面波导连接。本申请可以通过调节外接微带线或共面波导实现转换调节应用频率频段，从微波到THz频段皆能应用，而且能够使得微波光子转换单元饱和输出功率大大提高。得微波光子转换单元饱和输出功率大大提高。得微波光子转换单元饱和输出功率大大提高。


技术研发人员：杨大宝 邢东 刘波 赵向阳 冯志红
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十三研究所
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/9/5