双端输入大功率高速方向耦合光波导探测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种双端输入大功率高速方向耦合光波导探测系统；其包括Y型光纤、两个光纤放大器及方向耦合光波导探测器。本发明专利技术采用双端输入方式在方向耦合光波导探测器两端同时输入相同的入射光，使得光电流分布更加均匀，明显的提高了光波导探测器的光电流，从而极大的提高了方向耦合光波导探测器的输出功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电
，尤其涉及一种双端输入大功率高速方向耦合光波导探测系统。
技术介绍
大功率高速光电探测器是一种基于光与物质相互作用探测器件，其作用是将入射光信号转换成大功率高频信号。大功率高速光探测器在光控相控阵雷达、超高速测试系统和光纤局域网通信中，是一个不可缺少的器件，其性能对整个系统起着决定性作用。传统的垂直入射型光电探测器无法同时满足高速和大功率要求。主要原因如下：一是饱和效应，限制了光电流；二是渡越时间长，限制了响应频率；三是本征层的光吸收是指数衰减的，吸收区体积薄，总的光电流较小。为了克服大功率和高速之间的矛盾，大功率高速光探测器采用波导结构以消除电子在耗尽层渡越时间对响应速影响，从而克服了传统光电探测器中高速响应性能和量子效率的矛盾。波导探测器结构如图1所示，光从波导端面入射后，在波导传播的同时，耦合到吸收层被吸收，转化为电子空穴对，保证了在器件长度方向吸收更加均匀，光生载流子的渡越时间由吸收层的厚度决定，量子效率由探测器的长度决定，解决了响应效率和量子效率的矛盾。但到目前为止，波导探测器并没有在大功率方面取得突破。波导探测器功率不能作大，比较明确的重要原因有：光电流沿波导分布不均匀，是指数衰减的；有较大的耦合损耗；波导制作加工工艺等。在波导探测器中，光沿波导一边传播，一边被吸收，因此光电流沿波导分布是指数衰减的，在波导的前端，光电流很强时，在波导的后端，光电流却很弱。一旦波导前端光电流达到饱和时，虽然波导后端光电流还很弱，也不能再增加入射光功率，否则就会出现与饱和相关的非线性问题，出现严重失真，甚至因过热烧毁波导前端，这限制了光波导探测器的输出功率。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是：为了解决现在技术中存在的以上问题，本专利技术提出了一种能够提高光波导探测器的双端输入大功率高速方向耦合光波导探测系统。本专利技术的技术方案是：一种双端输入大功率高速方向耦合光波导探测系统，包括Y型光纤，用于将入射光分为两束相同的光束；两个光纤放大器，用于分别将Y型光纤输出的光束进行放大，并将放大后的光束分别从方向耦合光波导探测器的下波导的两端输入；方向耦合光波导探测器，用于对放大后的光束进行耦合；所述两个光纤放大器的输入端分别与Y型光纤的输出端连接，输出端分别与方向耦合光波导探测器的下波导的两端耦合。进一步地，所述方向耦合光波导探测器包括依次层叠的覆盖层、吸收层、上波导、耦合层、下波导及衬底。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用双端输入方式在方向耦合光波导探测器两端同时输入相同的入射光，使得光电流分布更加均匀，明显的提高了光波导探测器的光电流，从而极大的提高了方向耦合光波导探测器的输出功率。附图说明图1是本专利技术的双端输入大功率高速方向耦合光波导探测系统结构示意图。图2是采用现有技术的光学仿真示意图。图3是采用现有技术的光电流分布示意图。图4是本专利技术实施例中两束光束在波导中产生的光电流分布示意图。图5是本专利技术实施例中总光电流分布示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，为本专利技术的双端输入大功率高速方向耦合光波导探测系统结构示意图。一种双端输入大功率高速方向耦合光波导探测系统，包括Y型光纤1，用于将入射光分为两束相同的光束；两个光纤放大器2，用于分别将Y型光纤1输出的光束进行放大，并将放大后的光束分别从方向耦合光波导探测器3的下波导的两端输入；方向耦合光波导探测器3，用于对放大后的光束进行耦合；所述两个光纤放大器2的输入端分别与Y型光纤1的输出端连接，输出端分别与方向耦合光波导探测器3的下波导的两端耦合。本专利技术采用Y型光纤1改变入射光的入射方式，即利用Y型光纤1的输入端接收入射光，并将入射光分为两束完全相同的光束。本专利技术采用两个光纤放大器2分别对Y型光纤1输出的两束相同光束进行放大，两个光纤放大器2的输入端分别与Y型光纤1的两个输出端连接，从而接收Y型光纤1输出的两束相同光束；光纤放大器2将光束进行放大后，再分别从方向耦合光波导探测器3的下波导的两端耦合，即将放大后的光束分别从方向耦合光波导探测器3的下波导的两端入射。在本专利技术的方向耦合光波导探测器3中，两束相同的入射光从下波导的两端入射，两束光分别产生的光电流沿波导的分布相同，方向相反。波导两端的光电流都很强，而且由于两束光产生的光电流的叠加，使得光波导整体的光电流分布更加均匀，总电流变得很大，而且不会出现光电流饱和或者波导烧毁现象，提高了光波导探测器的输出功率。下面结合具体实施例对本专利技术的双端输入大功率高速方向耦合光波导探测系统作进一步说明。本专利技术采用的方向耦合光波导探测器3的结构参数如表1所示。表1.方向耦合光波导探测器的结构参数各层材料厚度(um)覆盖层InP0.8吸收层InGaAs0.12上波导层InGaAsP3.2间隙层InP0.09下波导层InGaAsP2.8衬底InP130波导脊宽3波导长度500利用光学仿真软件BeamPROP进行仿真分析，采用现有技术中的入射光入射方式时，得到如图2所示的采用现有技术的光学仿真示意图。左半边图代表方向耦合光波导探测器3内部光功率沿z方向的变化，由图中可以看出，光功率随着z的变化，下波导的能量逐渐耦合到上波导，并被吸收层吸收。右半边图则为方向耦合光波导探测器3中总光功率的具体变化图；然后结合BeamProp软件和MATLAB软件，分析方向耦合光波导探测器3的光电流分布，通过BeamProp软件将光功率数据导出，再通过MATLAB编程计算光电流分布，得到如图3所示的采用现有技术的光电流分布示意图。在波导前中段部分，光电流较大，而在波导的末端部分光电流很小，所以总的光电流任然比较小，光波导探测器的输出功率较小。利用本专利技术的双端输入大功率高速方向耦合光波导探测系统，在波导两端同时输入完全相同的入射光，绘出两束光束在波导中的电流分布图，如图4所示为本专利技术实施例中两束光束在波导中的光电流分布示意图。如图5所示，为本专利技术实施例中总光电流分布示意图，可以看出采用双端输入的方式，光电流在波导整体分布上都比较大，与改进方案前比较，光电流分布更加均匀，光电流有了明显的增大，从而也极大的提高了光波导探测器的
输出功率。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本专利技术的原理，应被理解为本专利技术的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本专利技术公开的这些技术启示做出各种不脱离本专利技术实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双端输入大功率高速方向耦合光波导探测系统，其特征在于，包括Y型光纤，用于将入射光分为两束相同的光束；两个光纤放大器，用于分别将Y型光纤输出的光束进行放大，并将放大后的光束分别从方向耦合光波导探测器的下波导的两端输入；方向耦合光波导探测器，用于对放大后的光束进行耦合；所述两个光纤放大器的输入端分别与Y型光纤的输出端连接，输出端分别与方向耦合光波导探测器的下波导的两端耦合。

【技术特征摘要】
1.一种双端输入大功率高速方向耦合光波导探测系统，其特征在于，包括Y型光纤，用于将入射光分为两束相同的光束；两个光纤放大器，用于分别将Y型光纤输出的光束进行放大，并将放大后的光束分别从方向耦合光波导探测器的下波导的两端输入；方向耦合光波导探测器，用于对放大后的光束进行耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：余学才，马朝阳，任华西，李林松，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51