一种具有柔性薄膜PIN光电二极管阵列的检测器的制作方法

本发明涉及一种光检测器。特别是涉及一种用于光通信系统中光泄漏检测的具有柔性薄膜pin光电二极管阵列的检测器。

背景技术：

在光纤通信系统中，光是信息传输的主要媒介，光纤则是光传输的主要通道。虽然在理想情况下，我们认为光纤中传输的光是直线传输的，即使发生了光路改变也会因为全反射作用在没有散射泄漏的情况下从发送端传输到接收端。但是布线或环境变化所带来的光纤弯曲会使得光纤中光的角度不满足全反射临界角的要求，造成光纤中光的散射泄漏。同样，光纤的使用损伤或者外力影响断裂等也会引起光在传输过程中的泄漏，进而影响光通信的质量，甚至直接造成通信中断。

所以，我们希望能尽可能灵敏，快速，精确的检测到光纤传输过程中光的泄漏强度和位置，以便快速定位故障并完成光通信线路的抢修。现有的光纤线路故障检测装置主要是利用光纤故障后功率的衰减来进行光纤系统故障检测的，但是检测响应速度较慢，设备笨重复杂，而且这种方式只对光纤断裂造成的大面积光泄漏才有很好的检测效果。

专利cn1376908提出了一种基于光纤断裂时产生的ans噪声进行光纤故障检测的方式，这种检测方式较传统检测方式可以获得更快的检测响应速度，但是仍然存在设备昂贵复杂，仅对于大面积光泄漏才有很好检测效果的缺点，不能完全满足光纤线路大面积铺设的检测需要。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以进行高速高精度的光纤线路漏光故障检测的具有柔性薄膜pin光电二极管阵列的检测器。

本发明所采用的技术方案是：一种具有柔性薄膜pin光电二极管阵列的检测器，包括行选择逻辑单元，以及通过数据总线依次串联连接的模拟信号处理单元阵列、ad转换单元阵列和处理主机，还设置有柔性pin光电二极管采集阵列，所述柔性pin光电二极管采集阵列的输入端通过数据总线连接所述选择逻辑单元的输出端，所述柔性pin光电二极管采集阵列的输出端通过数据总线连接所述模拟信号处理单元阵列的输入端，所述处理主机的控制输出端通过控制总线连接所述行选择逻辑单元的控制输入端。

当所述的处理主机为远端设备时，所述的处理主机分别与所述的ad转换单元阵列和行选择逻辑单元之间是通过中继设备进行通信。

所述的柔性pin光电二极管采集阵列包括有并排设置的5～15个结构相同的柔性pin光电二极管采集单元，所述并排设置的5～15个柔性pin光电二极管采集单元的输入端分别连接所述行选择逻辑单元，所述模拟信号处理单元阵列包括有并排设置的与所述5～15个柔性pin光电二极管采集单元的输出端一一对应连接的5～15个模拟信号处理单元，所述ad转换单元阵列包括有并排设置的与所述5～15个模拟信号处理单元的输出端一一对应连接的5～15个ad转换电路。

每一个所述的柔性pin光电二极管采集单元，均包括有第一柔性薄膜光电二极管、第二柔性薄膜光电二极管和柔性薄膜晶体管，所述第一柔性薄膜光电二极管和第二柔性薄膜光电二极管的正极接地，负极连接柔性薄膜晶体管的漏极，所述柔性薄膜晶体管的栅极连接行选择逻辑单元，源极连接模拟信号处理单元阵列中对应的放大电路的输入端。

每一个所述的柔性pin光电二极管采集单元具体结构包括：有pet塑料衬底和设置在所述pet塑料衬底上端面上的su8材料层，所述的su8材料层上分别设置有柔性薄膜晶体管的结构以及第一柔性薄膜光电二极管和第二柔性薄膜光电二极管的结构，所述柔性薄膜晶体管通过互联金属分别连接第一柔性薄膜光电二极管和第二柔性薄膜光电二极管，以及连接所述行选择逻辑单元和放大电路。

所述的柔性薄膜晶体管的结构包括有并排设置在所述su8材料层上端面上的第一单晶硅薄膜n型掺杂区、第一单晶硅薄膜未掺杂区和第二单晶硅薄膜n型掺杂区，所述第一单晶硅薄膜n型掺杂区上设置有源电极，所述第一单晶硅薄膜未掺杂区上通过栅氧层设置有栅电极，所述第二单晶硅薄膜n型掺杂区上设置有漏电极，其中，所述源电极通过互联金属连接信号输出端口，所述信号输出端口连接模拟信号处理单元阵列中对应的放大电路的输入端，所述栅电极连接开关控制端口，所述开关控制端口连接行选择逻辑单元的输出端，所述漏电极通过互联金属连接第一柔性薄膜光电二极管和第二柔性薄膜光电二极管负极。

所述的第一柔性薄膜光电二极管和第二柔性薄膜光电二极管的结构包括有并排设置在所述su8材料层上端面上的第三单晶硅薄膜n型掺杂区、第二单晶硅薄膜未掺杂区、单晶硅薄膜p型掺杂区、第三单晶硅薄膜未掺杂区和第四单晶硅薄膜n型掺杂区，所述第三单晶硅薄膜n型掺杂区上设置有第一n区电极，所述单晶硅薄膜p型掺杂区上设置有p区电极，所述第四单晶硅薄膜n型掺杂区上设置有第二n区电极，所述p区电极构成正极通过互联金属和接地端接地，所述第一n区电极和第二n区电极构成负极通过互联金属连接柔性薄膜晶体管的漏电极。

本发明的一种具有柔性薄膜pin光电二极管阵列的检测器，可以进行高速高精度的光纤线路漏光故障检测，该检测器与光纤贴合性好，无需使用较复杂和昂贵的光功率检测设备，成本低，可以用于整条光纤或者重点光纤段的漏光故障检测，适于推广。本发明检测器中的光电二极管部分采用薄膜柔性pin光电二极管，具有面积小、结构简单、价格低等特点。更重要的是由于其可弯曲的良好机械性能，本发明的检测器可以直接覆盖在光纤周围，实现整条光纤线路或者重点光纤段的实时故障检测。所以，本发明的一种具有柔性薄膜pin光电二极管阵列的检测器，可以大大提高检测精度、响应速度，并降低光纤故障检测器的成本。

附图说明

图1是本发明一种具有柔性薄膜pin光电二极管阵列的检测器第一实施例的构成框图；

图2是本发明一种具有柔性薄膜pin光电二极管阵列的检测器第二实施例的构成框图；

图3是本发明中柔性pin光电二极管采集阵列的结构示意图；

图4是柔性pin光电二极管采集阵列中柔性pin光电二极管采集单元的电路示意图；

图5是柔性pin光电二极管采集阵列中柔性pin光电二极管采集单元的结构示意图；

图6是图5中柔性薄膜晶体管部分的侧视图；

图7是图5中柔性光电二极管部分的侧视图。

图中

101：行选择逻辑单元102：柔性pin光电二极管采集阵列

103：模拟信号处理单元阵列104：ad转换单元阵列

105：处理主机106：数据总线

107：控制总线108：中继设备

1021：柔性pin光电二极管采集单元1：第三单晶硅薄膜n型掺杂区

2：第二单晶硅薄膜未掺杂区3：单晶硅薄膜p型掺杂区

4：第三单晶硅薄膜未掺杂区5：第四单晶硅薄膜n型掺杂区

6：接地端7：信号输出端口

8：第一单晶硅薄膜n型掺杂区9：第一单晶硅薄膜未掺杂区

10：第二单晶硅薄膜n型掺杂区11：开关控制端口

12：互联金属13：pet塑料衬底

14：su8材料层15：第一n区电极

16：p区电极17：第二n区电极

18：源电极19：栅电极

20：栅氧层21：漏电极

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种具有柔性薄膜pin光电二极管阵列的检测器做出详细说明。

如图1所示，本发明的一种具有柔性薄膜pin光电二极管阵列的检测器，包括行选择逻辑单元101，以及通过数据总线106依次串联连接的模拟信号处理单元阵列103、ad转换单元阵列104和处理主机105，还设置有柔性pin光电二极管采集阵列102，所述柔性pin光电二极管采集阵列102的输入端通过数据总线106连接所述选择逻辑单元101的输出端，所述柔性pin光电二极管采集阵列102的输出端通过数据总线106连接所述模拟信号处理单元阵列103的输入端，所述处理主机105的控制输出端通过控制总线107连接所述行选择逻辑单元101的控制输入端。

如图2所示，当所述的处理主机105为远端设备时，所述的处理主机105分别与所述的ad转换单元阵列104和行选择逻辑单元101之间是通过中继设备108进行通信。

如图3所示，所述的柔性pin光电二极管采集阵列102包括有并排设置的5～15个结构相同的柔性pin光电二极管采集单元1021，所述并排设置的5～15个柔性pin光电二极管采集单元1021的输入端分别连接所述行选择逻辑单元101，所述模拟信号处理单元阵列103包括有并排设置的与所述5～15个柔性pin光电二极管采集单元1021的输出端一一对应连接的5～15个模拟信号处理单元，所述ad转换单元阵列104包括有并排设置的与所述5～15个模拟信号处理单元的输出端一一对应连接的5～15个ad转换电路。

如图4所示，每一个所述的柔性pin光电二极管采集单元1021，均包括有第一柔性薄膜光电二极管d1、第二柔性薄膜光电二极管d2和柔性薄膜晶体管t，所述第一柔性薄膜光电二极管d1和第二柔性薄膜光电二极管d2的正极接地，负极连接柔性薄膜晶体管t的漏极，所述柔性薄膜晶体管t的栅极连接行选择逻辑单元101，源极连接模拟信号处理单元阵列103中对应的放大电路的输入端。

其中，第一柔性薄膜光电二极管d1、第二柔性薄膜光电二极管d2用来检测光纤的漏光情况，而柔性薄膜晶体管t控制采集单元的开启和关闭，进而用来控制对某一段光纤检测的开启和关闭。并且考虑到阵列的整体协调性，柔性薄膜晶体管t和第一柔性薄膜光电二极管d1、第二柔性薄膜光电二极管d2都需要与主分析电路相连，由分析电路协调每个采集单元之间的工作和数据传回。第一柔性薄膜光电二极管d1、第二柔性薄膜光电二极管d2的反向电流与光功率、光波长成比例变化，通过实验可以建立光功率、光波长与光电流的定量模型，因此可以将第一柔性薄膜光电二极管d1、第二柔性薄膜光电二极管d2产生的电流信号传回以获取光纤光泄漏的功率信息。

光电二极管部分采用柔性pin光电二极管，具有面积小、结构简单、价格低等特点。更重要的是由于其可弯曲的良好机械性能，这种检测器可以直接覆盖在光纤周围，实现整条光纤线路或者重点光纤段的实时故障检测。所以，采用这种柔性pin光电二极管阵列的检测方式，可以大大提高检测精度、响应速度，并降低光纤故障检测器的成本。

如图5、图6、图7所示，每一个所述的柔性pin光电二极管采集单元1021具体结构包括：有pet塑料衬底13和设置在所述pet塑料衬底13上端面上的su8材料层14，所述的su8材料层14上分别设置有柔性薄膜晶体管t的结构以及第一柔性薄膜光电二极管d1和第二柔性薄膜光电二极管d2的结构，所述柔性薄膜晶体管t通过互联金属12分别连接第一柔性薄膜光电二极管d1和第二柔性薄膜光电二极管d2，以及连接所述行选择逻辑单元101和放大电路。

如图5、图6所示，所述的柔性薄膜晶体管t的结构包括有并排设置在所述su8材料层14上端面上的第一单晶硅薄膜n型掺杂区8、第一单晶硅薄膜未掺杂区9和第二单晶硅薄膜n型掺杂区10，所述第一单晶硅薄膜n型掺杂区8上设置有源电极18，所述第一单晶硅薄膜未掺杂区9上通过栅氧层20设置有栅电极19，所述第二单晶硅薄膜n型掺杂区10上设置有漏电极21，其中，所述源电极18通过互联金属12连接信号输出端口7，所述信号输出端口7连接模拟信号处理单元阵列103中对应的放大电路的输入端，所述栅电极19连接开关控制端口11，所述开关控制端口11连接行选择逻辑单元101的输出端，所述漏电极21通过互联金属12连接第一柔性薄膜光电二极管d1和第二柔性薄膜光电二极管d2负极。

如图5、图7所示，所述的第一柔性薄膜光电二极管d1和第二柔性薄膜光电二极管d2的结构包括有并排设置在所述su8材料层14上端面上的第三单晶硅薄膜n型掺杂区1、第二单晶硅薄膜未掺杂区2、单晶硅薄膜p型掺杂区3、第三单晶硅薄膜未掺杂区4和第四单晶硅薄膜n型掺杂区5，所述第三单晶硅薄膜n型掺杂区1上设置有第一n区电极15，所述单晶硅薄膜p型掺杂区3上设置有p区电极16，所述第四单晶硅薄膜n型掺杂区5上设置有第二n区电极17，所述p区电极16构成正极通过互联金属12和接地端6接地，所述第一n区电极15和第二n区电极17构成负极通过互联金属12连接柔性薄膜晶体管t1的漏电极21。

本发明的一种具有柔性薄膜pin光电二极管阵列的检测器，检测时，将柔性pin光电二极管采集阵列紧密贴附在待测光纤表面上，行选择逻辑单元根据需要选通相应检测段的柔性pin光电二极管采集单元。当光纤由于弯曲泄漏或者断裂产生光泄漏时，由光激发而产生的反向光电流会使第一柔性薄膜光电二极管d1、第二柔性薄膜光电二极管d2的直流特性发生对应的变化。这种变化会被送入对应的模拟信号处理单元中的比较器与检测阈值电流进行比较。若结果大于检测阈值，相应的电流信号会传输到对应的ad转换单元，转换成数字信号传回处理主机，然后由处理主机输出相应的检测结果，如：光泄漏位置、光泄漏功率等，并进行下一步预警控制。模拟信号处理单元的主要功能是对信号进行放大处理和比较，并且提高信噪比。同时，为了使得检测结果更加精确，还需要该检测器增加其他的一些控制信号和噪声处理机制等。

上面以光纤漏光故障检测仪为例对本发明进行了说明。但本发明并不局限于此。本发明也可以应用在生物医疗、军事等其他需要光检测，特别是弯曲物体光实时检测的领域。

同时，本发明以硅薄膜和pet柔性衬底为例，在其他使用需要下也可以将本例的薄膜材料换为锗等其他半导体材料，衬底材料换为纤维、可降解树脂等其他柔性材料。本发明以两个柔性pin光电二极管并联为例，但在实际使用中为了提高检测精度和灵敏度，并联的柔性pin光电二极管的数量也可以相应增加。