專利名稱：用于無線激光通信的光電探測組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無線激光通信技術(shù)，具體地說是一種光電探測組件，可在接收端 對光束同時進(jìn)行數(shù)據(jù)信號和光斑位置信息的檢測。
背景技術(shù)：
無線激光通信相對于微波通信，其波長比微波波長明顯短，具有高度的相干性，良 好的單色性和空間定向性，這決定了它具有通信容量大、設(shè)備體積小、質(zhì)量輕、功耗低、安全 性高、保密性好等特點(diǎn)，此外，還有傳輸速率高、可用頻帶寬、建造和維護(hù)經(jīng)費(fèi)低廉等優(yōu)勢， 其發(fā)展前景非常巨大，是近年來出現(xiàn)的通信研究熱點(diǎn)。目前，公知的無線激光通信系統(tǒng)大多為信標(biāo)光和信號光采取不同波段的光源，接 收端分別用APD光電探測器和PIN光電二極管四象限探測器對數(shù)據(jù)信號和光斑位置信息 進(jìn)行探測，如德國S0LAC0S系統(tǒng)的信標(biāo)光和信號光分別為810nm和1064nm，美國SILEX系 統(tǒng)的信標(biāo)光和信號光分別為797nm和853nm，STRV-2系統(tǒng)信標(biāo)光和信號光分別為810nm和 852nm,日本LCE系統(tǒng)的信標(biāo)光和信號光分別為510nm和830nm。這種方式所帶來的突出問 題在于信標(biāo)光和信號光相互干擾，在探測信號光同時必須濾除信標(biāo)光的干擾，為了解決這 些干擾必然要增加系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性，成本明顯提高。為了克服這個問題，逐漸產(chǎn)生了信標(biāo) 光和信號光采用相同波段光源的技術(shù)，接收端利用分光技術(shù)，一般是分束鏡將信號光和信 標(biāo)光分離開，再分別對數(shù)據(jù)信號和光斑位置信息進(jìn)行探測。通常這種分束鏡采用按功率比 分光，導(dǎo)致功率分散；為了正確的分離并檢測出數(shù)據(jù)信號和光斑位置信息，接收端在采取分 束鏡的基礎(chǔ)上、需分別對數(shù)據(jù)信號和光斑位置信息進(jìn)行探測，這樣必然增加了整個通信系 統(tǒng)的復(fù)雜度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種新型的光電探測組 件，以提高接收信號的光功率，減小通信系統(tǒng)的復(fù)雜度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型包括APD光電探測器和PIN光電二極管四象限探測 器，其中APD光電探測器和PIN光電二極管四象限探測器同軸封裝，PIN光電二極管四象 限探測器內(nèi)部預(yù)留有空間，APD光電探測器嵌設(shè)在該空間內(nèi)與PIN光電二極管四象限探測 器固定封裝為一體，形成一體結(jié)構(gòu)，二者之間用絕緣層相隔。該APD光電探測器的尺寸小于 PIN光電二極管四象限探測器的尺寸，兩者同軸封裝在一個鈍化層中。PIN光電二極管四象 限探測器與APD光電探測器的感光面上均鍍有同種增透膜，用于對抗兩者的感光面對同一 波段光的反射，增加透射光的強(qiáng)度。PIN光電二極管四象限探測器與APD光電探測器公用負(fù) 電極，但各自有獨(dú)立的正電極，使PIN光電二極管四象限探測器檢測出的直流信號與APD探 測器檢測出的快變光電流信號之間在外電路上互不影響。PIN光電二極管四象限探測器與 APD探測器通過電極連接到電路板上，并固定到無線激光通信收發(fā)設(shè)備中。PIN光電二極管四象限探測器作為一種常用的位敏器件，當(dāng)入射光點(diǎn)落在器件感光面的不同位置時，PIN光電二極管四象限探測器的每個象限探測區(qū)輸出不同幅度的電信 號，通過對這些信號幅度進(jìn)行計算，可以確定入射光束中心在感光面上的位置。光束在傳輸 數(shù)據(jù)信號即快變的光電流的同時，提供低速直流成分，當(dāng)光束到達(dá)接收端后直接通過該組 件，APD光電探測器作為一種靈敏度高的探測器，探測出快變的光電流即高速數(shù)據(jù)信號的同 時，通過PIN光電二極管四象限探測器檢測出平均電流，即快變光電流的直流成分，該電流 可線性直觀的反映平均接收信號強(qiáng)度的變化，通過對這些信號的幅度進(jìn)行計算，可確定入 射光斑中心在感光面上的位置，實(shí)現(xiàn)在一個組件上同時對接收光束進(jìn)行數(shù)據(jù)信號和光斑位 置信息的檢測。本實(shí)用新型由于光束到達(dá)接收端后直接通過該組件而無須經(jīng)過分束鏡，避免了功 率損失，提高了接收信號的光功率；同時實(shí)現(xiàn)了在接收端對光束進(jìn)行數(shù)據(jù)信號和光斑位置 信息的檢測，簡化了通信系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜度。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型的使用原理圖。圖中，1.PIN光電二極管四象限探測器，2.APD光電探測器，3.溝道，4 7.第一、 二、三、四PIN光電二極管，8.絕緣層，9.正電極，10.負(fù)電極，11增透膜。
具體實(shí)施方式
參照圖1，本實(shí)用新型由PIN光電二極管四象限探測器1和APD光電探測器2組 成，PIN光電二極管四象限探測器1和APD光電探測器2同軸封裝于鈍化層中，PIN光電二 極管四象限探測器1內(nèi)部預(yù)留有空間，APD光電探測器2嵌設(shè)在該空間內(nèi)與PIN光電二極 管四象限探測器1固定封裝為一體，二者之間用絕緣層8隔開。APD光電探測器2的尺寸 小于PIN光電二極管四象限探測器1的尺寸。作為本實(shí)用新型的一種較佳實(shí)施例，APD探 測器2的光敏面直徑為200 μ m，PIN光電二極管四象限探測器1的光敏面直徑為3mm。其 中PIN光電二極管四象限探測器1由四個PIN光電二極管組成四個象限第一象限4、第二 象限5、第三象限6、第四象限7，這四個象限之間均設(shè)有隔離槽3，當(dāng)光束照在PIN光電二極 管四象限探測器1的感光面上時，每個象限輸出不同強(qiáng)度的平均電流信號，通過對這些信 號的強(qiáng)弱關(guān)系進(jìn)行計算，可以確定入射光束中心在感光面上的位置。當(dāng)光束照在APD探測 器2的感光面上時，光束所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號被APD探測器2轉(zhuǎn)變?yōu)榭熳兊墓怆娏鳌Ｓ捎诮^ 緣層8的存在，使PIN光電二極管四象限探測器1與APD探測器2隔離，這樣，PIN光電二 極管四象限探測器1檢測出的直流信號與APD探測器2檢測出的快變光電流之間在該組件 內(nèi)互不影響。參照圖2，它是本實(shí)用新型的剖面圖，左右兩個分別為PIN光電二極管5和4，中間 為APD光電探測器2，PIN光電二極管5和4與APD光電探測器2的感光面上均鍍有同種增 透膜11，用于對抗PIN光電二極管5和4與APD光電探測器2的感光面對同一波段光的反 射，增加透射光的強(qiáng)度。PIN光電二極管四象限二極管5和4與APD光電探測器2公用負(fù)電 極10，用于簡化電路設(shè)計，但各自有獨(dú)立的正電極9，使PIN光電二極管四象限探測器4和5
4檢測出的直流信號與APD探測器2檢測出的快變光電流信號之間在外電路上互不影響。PIN 光電二極管四象限探測器4和5與APD探測器2通過正電極9和負(fù)電極10連接到電路板 上，并固定到無線激光通信收發(fā)設(shè)備中。PIN光電二極管5和4是在摻雜濃度很高的P型、 N型半導(dǎo)體之間，加一層輕摻雜的N型材料，稱為I(N)層，經(jīng)過擴(kuò)散后可形成一個很寬的耗 盡層。APD光電探測器2包括拉通型APD和保護(hù)環(huán)型APD，作為本實(shí)用新型的一種較佳實(shí)施 例，APD光電探測器2選擇拉通型APD，為了對一次光電流進(jìn)行放大通常要在耗盡層加一層 P+型材料。 參照圖3，它是本實(shí)用新型的使用原理圖，包括光學(xué)接收天線12、光電探測組件 13、位置信息控制器14組成，其中，光學(xué)接收天線12收集空間光束，經(jīng)過光電探測組件13 時，APD光電探測器探測出快變的光電流即數(shù)據(jù)信號的同時，通過PIN光電二極管四象限探 測器檢測出平均電流，即快變光電流的直流成分，該電流可線性直觀的反映平均接收信號 強(qiáng)度的變化，可確定光束中心在感光面上的位置，該位置信息經(jīng)由位置信息控制器14形成 控制信號，實(shí)現(xiàn)捕獲、對準(zhǔn)和跟蹤功能。該組件實(shí)現(xiàn)同時對接收光束進(jìn)行數(shù)據(jù)信號和光斑位 置信息的檢測。
權(quán)利要求一種用于無線激光通信的光電探測組件，包括APD光電探測器(2)和PIN光電二極管四象限探測器(1)，其特征在于APD光電探測器(2)和PIN光電二極管四象限探測器(1)同軸封裝在一個鈍化層中，形成一體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測組件，其特征在于APD光電探測器(2)和PIN光電 二極管四象限探測器(1)之間通過絕緣層(8)隔開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測組件，其特征在于APD光電探測器(2)的尺寸小于 PIN光電二極管四象限探測器(1)的尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測組件，其特征在于PIN光電二極管四象限探測器 (1)與APD光電探測器(2)的感光面上均鍍有同種增透膜(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測組件，其特征在于PIN光電二極管四象限探測器 (1)與APD光電探測器(2)公用負(fù)電極(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測組件，其特征在于該組件通過公用負(fù)電極(10)、獨(dú) 立正電極(9)連接到電路板上，并固定到無線激光通信收發(fā)設(shè)備中。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于無線激光通信的光電探測組件，主要解決分束鏡導(dǎo)致功率分散及設(shè)備復(fù)雜的問題，該組件采用將鍍有同種增透膜(11)的APD光電探測器(2)和PIN光電二極管四象限探測器(1)同軸封裝于鈍化層中，兩者之間通過絕緣層(8)隔開；該組件通過公用負(fù)電極(10)和獨(dú)立正電極(9)連接到電路板上，并固定到激光通信收發(fā)設(shè)備中。APD光電探測器(2)在探測出數(shù)據(jù)信號的同時，通過PIN光電二極管四象限探測器(1)檢測出直流成分，確定出光束中心在感光面上的位置，實(shí)現(xiàn)在一個組件上同時提供數(shù)據(jù)信號和光斑位置信息的檢測。該組件簡化了通信系統(tǒng)的設(shè)計，提高了接收信號的光功率，可用于無線激光光電探測領(lǐng)域。
文檔編號H04B10/10GK201699014SQ20102022417
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者劉增基, 尚韜, 岳鵬, 李曦, 楊玥, 熊桂芳, 黃果 申請人:西安電子科技大學(xué)