技术摘要：
本申请实施例中提供了一种三维集成平衡探测器接收装置以及集成方法，接收装置包括：光学透镜，用于将空间信号光进行聚集；集成硅光芯片，用于将空间信号光以及本振光光耦合到集成硅光芯片；用于将空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号  全部
背景技术：
相较于传统激光雷达测距系统，基于平衡探测器的相干探测激光雷达技术不仅具 有探测能力强、转换增益高、滤波性能好、稳定性高的优点，还具备较强的抗干扰能力，可以 在强环境光干扰条件下工作，并且可以满足高精度探测需求，此外，还能探测信号的振幅、 强度、相位等信息，在激光雷达测距系统中具有良好的应用前景。 基于平衡探测器的相干探测原理是在同一个探测系统中，放置一组光电性能相同 的光电探测器件，即平衡探测器。目前基于平衡探测器的相干探测片上系统仍处于起步阶 段，有些基于单个平衡探测器的相干探测激光雷达接收系统，实现的探测距离为1.4m，精度 可达到微米量级，但在大规模阵列化集成上仍存在许多亟待解决的问题。近年来，国内也逐 渐开始开展基于平衡探测器的相干探测系统。但是，现阶段，国内对片上平衡探测器接收系 统的设计还不深入，光路实现方法较为复杂、探测视场小、且采用分立光电器件实现，集成 度较差，成本较高。
技术实现要素：
本发明提出了一种三维集成平衡探测器接收装置以及集成方法，旨在解决现有平 衡探测器接收系统的光路实现方法较为复杂、探测视场小且采用分立光电器件实现导致集 成度较差以及成本较高的问题。 根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种三维集成平衡探测器接收装置，包 括： 光学透镜，用于将空间信号光进行聚集； 集成硅光芯片，用于接收聚集后的空间信号光以及本振光，并将空间信号光以及本振 光耦合，将空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号； 平衡探测器芯片，用于接收集成硅光芯片的输出光信号，并通过光电转换得到一组差 分光电流信号；以及 读出电路芯片，用于将差分光电流信号转换为数字电压信号，并读出数字电压信号； 其中，集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片采用键合方式以及倒装焊技 术进行三维集成。 可选地，集成硅光芯片包括： 入射端光栅阵列，用于接收聚集后的空间信号光，并将空间信号光耦合进硅基波导，然 后发送至多模干涉耦合器阵列； 多模干涉耦合器阵列，用于通过硅基波导连接入射端光栅阵列，接收空间信号光以及 本振光；用于将空间信号光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信 4 CN 111596281 A 说　明　书 2/8 页 号； 出射端光栅阵列，用于将输出光信号耦合输出至平衡探测器芯片的平衡探测器感光 区； 其中，入射端光栅阵列、多模干涉耦合器阵列以及出射端光栅阵列通过硅基波导依次 相连接。 可选地，读出电路芯片包括： 差分式跨阻放大器，用于将光电流信号跨阻放大为电压信号； 带通滤波器，用于将电压信号滤波，生成低噪声滤波信号； 模数转换器，用于将低噪声滤波信号转换为数字信号； 输出驱动电路，用于将数字信号对应接口电平进行信号输出； 时分复用电路，连接差分式跨阻放大器，用于通过时序进行选通控制信号的读出。 可选地，光学透镜与集成硅光芯片封装固定在一个固定板上，光学透镜与集成硅 光芯片的入射端光栅阵列对准，集成硅光芯片的出射端光栅阵列与平衡探测器芯片的感光 区对准。 可选地，平衡探测器芯片采用背照式PIN结构，并采用基于Ⅲ-Ⅴ族化合物工艺实 现。 可选地，集成硅光芯片与平衡探测器芯片通过键合方式集成。 可选地，平衡探测器芯片与读出电路芯片通过倒装焊技术进行互联集成。 可选地，集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读出电路芯片采用陶瓷管壳封装。 根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种三维集成平衡探测器接收装置的集 成方法，具体包括以下步骤： 将集成硅光芯片与平衡探测器芯片进行键合互连； 通过凸点热压法将平衡探测器芯片与读出电路芯片进行倒装互联。 根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种三维集成平衡探测器接收方法，具 体包括以下步骤： 将空间信号光进行聚集； 接收聚集后的空间信号光以及本振光，并将空间信号光以及本振光耦合；将空间信号 光以及本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号； 接收输出光信号，并通过光电转换得到一组差分光电流信号； 将差分光电流信号转换为数字电压信号。 采用本申请实施例中的三维集成平衡探测器接收装置、接收方法以及集成方法， 平衡探测器接收装置包括：光学透镜，用于将空间信号光进行聚集；集成硅光芯片，用于接 收聚集后的空间信号光以及本振光，并将空间信号光以及本振光耦合；将空间信号光以及 本振光进行干涉混频，得到一组相位差为180°的输出光信号；平衡探测器芯片，用于接收集 成硅光芯片的输出光信号，并通过光电转换得到一组差分光电流信号；以及读出电路芯片， 用于将差分光电流信号转换为数字电压信号；其中，集成硅光芯片、平衡探测器芯片以及读 出电路芯片采用键合方式以及倒装焊技术进行三维集成。本申请的三维集成平衡探测器接 收装置光路复杂度低、探测视场大；采用键合以及倒装焊技术实现集成硅光芯片、平衡探测 器芯片以及读出电路芯片的三维集成，大幅度降低了系统体积和系统调节难度，提升了系 5 CN 111596281 A 说　明　书 3/8 页 统稳定性，具有结构简单，体积小，功耗小的优点。 附图说明 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申 请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中： 图1中示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的结构示意图； 图2中示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的组装剖面结构示意 图； 图3中示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的原理示意图； 图4中示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的组装示意图； 图5示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收装置的集成方法的步骤示意 图； 图6示出了根据本申请实施例的三维集成平衡探测器接收方法的步骤示意图。