本实用新型介绍了一种新型光电探测器,采用周期性加载的行波电极技术,由光栅、光电探测器、行波电极、可调电阻、加热电极和功率分束器组成。特别设计了GSG电极于行波电极输入端,以优化行波性能。
背景技术
在20世纪90年代,人们将微波技术和光波技术相结合,形成了一门新兴的交叉领域学科——微波光子学(MWP:Microwave Photonics)。该学科主要研究如何利用光电子学的器件和方法来实现微波/毫米波信号的产生、传输分配、处理等。其中,高饱和输出电流高带宽的光电探测器是微波光子学中的一个重要器件,它可以提高模拟光链路的增益、信噪比和无杂散动态范围。
然而波导型的光电探测器(PD Photodetector)在高饱和输出电流和高带宽间会有一个折中,波导型的高速光电探测器为了确保电容和载流子渡越时间较小只有很小的吸收区,因此能实现高带宽。但是在大光功率输入时,由于只有很小的吸收区,波导型的高速光电探测器的空间电荷效应和热失效会限制高饱和输出电流。因此行波光电探测器(TWPD:Traveling-wave photodiodes)的提出通过功分器将大光功率的输入光分成多束小功率的光减小空间电荷效应和热失效带来的影响,同时增加PD的数目增大了吸收区,实现了高饱和输出电流,在速度匹配和阻抗匹配的前提下还能保持高带宽。
TWPD采用周期或非周期PD排列结构,由于周期的对称结构相对于非周期的PD排列结构在设计时相对简单,且更容易控制工艺误差,因此大部分TWPD采用周期型加载结构。
TWPD存在的一个问题是会产生向行波电极输入端传播的光电流,阻抗匹配就是在行波电极输入端接一个匹配电阻(通常为50Ω),消除向行波电极输入端传播的光电流在行波电极输入端的反射,否则向行波电极输入端传播的光电流会全部反射到负载端,与向负载端传播的光电流产生的相位差会限制带宽。
但由于工艺的误差存在,实际传输线的特征阻抗一般不为50Ω。另一个问题是周期分布式TWPD中光信号和RF(射频)信号的速度不同,光分束器的输出端口和PD阵列通过不同长度(d1,d2,d3,d4……)的光波导延迟线连接,使不同PD产生的RF波在共面波导(CPW:coplanar waveguide)电极中同步。但在实际应用中,波导线中存在各种效应的影响,很难实现速度完全匹配。
现有技术中,专利公开号为CN107504987A的实用新型专利,公开一种基于非周期加载的行波电极光电探测器提高带宽的方法,在TWPD的行波电极输入端开路时,用基于PD的容性负载效应对传输线特征阻抗的影响和相邻PD之间的间距递增的传输线实现了不牺牲输出电流又能提高带宽。但是,没有解决TWPD的输入端与行波电阻阻抗不匹配的问题。
实现思路