一种光电监测系统

本公开涉及光电子领域，特别涉及一种光电监测系统。

背景技术：

当前，5g/b5g/6g、移动物联网、空间信息网络的快速演进和趋向成熟，并逐渐深入到新一代移动通信、轨道交通、军民融合等多个领域，发挥着物理基础支撑作用。然而，与传统系统和应用不同，这些系统和行业应用的“异构”特性非常鲜明：多频段、多制式、多功能、多业务、多场景、多平台等长期共存并交融。由于频段范围和带宽、数据格式和速率、运动状态、可靠与时延性能等迥异，这给通信网络的物理层基础设施(芯片、模块、器件、系统等)的建设和升级带来了巨大挑战，尤其是数字通信体制系的兼容性问题。为此，国内外研究人员提出并推动了一种新颖思路：基于模拟光通信系统或模拟微波光子系统的“透明”优势，规避各种宽带、高速数据转换，兼容支持各种异构网络、业务、数据等。

模拟光通信或微波光子系统的关键在于核心信号光波导芯片与技术。与相对成熟的数字系统及器件相比，模拟系统和器件对于平坦带宽、响应线性度、动态范围等非常严苛。从实际应用角度，如何实现光波导芯片的实时在线监测是一个热点研究领域，也是广大科研工作者急需要解决的问题，归结到的问题根源在于实现波导的光功率的实时在线监测，实现满足数字光通信以及模拟传输的稳定反馈，是近年来困扰科研人员的一大难题，通信系统中留给光发射模块的尺寸是有限的，一般科研工作者将反馈控制的部分放在电处理端口，所以必须对波导进行分光操作，这对光功率的损耗以及系统的稳定性带来巨大挑战。因此，如何在不降低光功率损耗的基础上，对光波导芯片的光功率进行监测，成为一项亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种光电监测系统，以在不降低光功率损耗的基础上，对光波导芯片的光功率进行监测。

为实现上述目的，本公开实施例提供一种光电监测系统，所述系统包括：

光波导芯片以及键合到所述光波导芯片上的探测器芯片；

所述光波导芯片的合波处开有窗口，所述窗口的尺寸与所述探测器芯片的有源区尺寸相匹配，所述有源区用于接收从所述窗口射出的光信号，以对所述光波导芯片的光功率进行监测。

由以上本公开实施例提供的技术方案可知，本公开提供的光电监测系统无需对波导进行分光操作，从而在不衰减波导传输光功率的基础上，实现实时在线监测，进一步的，本公开提供的光电监测系统可以实现发射端的小型化结构，可以抗电磁干扰，减小了体积，降低了功耗。

附图说明

图1是本公开实施方式中一种光电监测系统的结构示意图；

图2是本公开实施方式中一种探测器芯片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本公开的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本公开而不用于限制本公开的范围，在阅读了本公开之后，本领域技术人员对本公开的各种等价形式的修改均落入本公开所附权利要求所限定的范围内。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本公开。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

结合附图1，本公开实施方式中提供一种光电监测系统，所述系统包括：

光波导芯片a以及键合到所述光波导芯片a上的探测器芯片b；其中，光波导芯片a用于对光信号进行电光调制；探测器芯片b用于对波导a的侧向光进行功率监测。

所述光波导芯片a的合波处开有窗口，所述窗口可以用于去除包层对倏逝波的限制，所述窗口的尺寸与所述探测器芯片b的有源区尺寸相匹配，所述有源区用于接收从所述窗口射出的光信号，以对所述光波导芯片a的光功率进行监测。

具体的，窗口的位置和尺寸可以根据探测器芯片b的尺寸以及对光波导的损耗确定。

在一些实施方式中，所述光波导芯片a在与所述探测器芯片b的键合处采用锥形结构，以使所述窗口的尺寸与所述探测器芯片b的有源区尺寸相匹配。

在一些实施方式中，所述探测器芯片b的光入射结构为面入射型。具体的，所述探测器芯片b的电极位于所述探测器芯片b的背部，以将所述探测器芯片b配置为背向面入射。采用背向面入射可以高效地监测倏逝波，并且将电极设置在探测器芯片b的背部可以降低封装难度；探测器芯片b的电极设计在探测器背部，该种方式的电极设计等同于共面电极设计。

在一些实施方式中，所述光波导芯片a的光波导结构可以为mzi型的脊形波导结构，当然也可以是其他形式的传输波导结构。

在一些实施方式中，所述探测器芯片b可以是pin型结构，也可以是inp基，还可以是ge/si探测器。参考图2所示，为采用pin型结构的探测器芯片b，其中p层、i层以及n层的结构如图2所示。

在一些实施方式中，所述光波导芯片a与所述探测器芯片b的键合方式包括倒扣键合、bcb键合、o2等离子体辅助键合、紫外胶贴装。

为了制作得到上述光电监测系统，可以通过异质外延材料生长过程，也可以通过光高效耦合的结构设计方法。具体的，异质外延材料生长过程为在所述光波导芯片a上进行异质外延生长探测器芯片b，光高效耦合的结构设计可以是分别对光波导芯片a和探测器芯片b进行材料以及结构设计，完整独立的两个光波导芯片a和探测器芯片b可以通过倒扣的形式，但不限于此形式进行高效耦合。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本公开的几个实施方式，虽然本公开所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本公开的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本公开。任何本公开所属技术领域的技术人员，在不脱离本公开所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本公开的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

技术特征：

1.一种光电监测系统，其特征在于，包括：

光波导芯片以及键合到所述光波导芯片上的探测器芯片；

所述光波导芯片的合波处开设有窗口，所述窗口的尺寸与所述探测器芯片的有源区尺寸相匹配，所述有源区用于接收从所述窗口射出的光信号，以对所述光波导芯片的光功率进行监测。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光波导芯片包括锥形结构，所述锥形结构位于与所述探测器芯片的键合处，以使所述窗口的尺寸与所述探测器芯片的有源区尺寸相匹配。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述探测器芯片的光入射结构为面入射型。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述探测器芯片的电极位于所述探测器芯片的背部，以将所述探测器芯片配置为背向面入射。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光波导芯片为mzi型的脊形波导结构。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述探测器芯片为pin型结构，inp基，或ge/si探测器。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光波导芯片与所述探测器芯片的键合方式包括以下至少一种：

倒扣键合、bcb键合、o氧等离子体辅助键合和紫外胶贴装。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光电监测系统通过在所述光波导芯片上进行异质外延生长探测器芯片的方式制作得到，或将所述光波导芯片与所述探测器芯片通过倒扣，以进行光耦合得到。

技术总结
本公开实施方式公开了一种光电监测系统，所述系统包括：光波导芯片以及键合到所述光波导芯片上的探测器芯片；所述光波导芯片的合波处开设有窗口，所述窗口的尺寸与所述探测器芯片的有源区尺寸相匹配，所述有源区用于接收从所述窗口射出的光信号，以对所述光波导芯片的光功率进行监测。本公开提供的光电监测系统无需对波导进行分光操作，从而在不衰减波导传输光功率的基础上，实现实时在线监测。

技术研发人员：刘宇;孙文惠;孙甲政;袁海庆;白金花;王欣;祝宁华
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：2020.02.21
技术公布日：2021.08.24