[发明专利]一种带光路保护功能的高灵敏度光接收器及其制作方法

说明书

本发明涉及一种光接收器及其制作方法，属于光通信技术领域，具体是涉及一种带光路保护功能的高灵敏度光接收器及其制作方法。本器件可在全温(‑10℃～60℃)条件下稳定接收小功率光信号，并将光信号转换为电流信号；同时在接收到超过APD可承受的最大光功率瞬间、切断光路保护APD芯片，保证器件不被强光以及产生的大脉冲光电流损坏。

技术领域

本发明涉及一种光接收器及其制作方法，属于光通信技术领域，具体是涉及一种带光路保护功能的高灵敏度光接收器及其制作方法。

背景技术

伴随无源光网络(PON)的大规模建设，光时域反射仪(OTDR)等仪器逐渐开始在PON网络设备的铺设验收以及维护检测过程中大量使用。在光时域反射仪(OTDR)等仪器中，雪崩二极管(APD)是其接收组件内的核心器件，其性能指标对于仪器或模块的性能有直接的影响。

对于OTDR等仪器内使用的光接收组件，为保证仪器能够接收到PON内光纤线路端面反射的小功率的信号，需要选用具有较大光敏面的雪崩光电二极管光(APD)芯片作为接收组件的核心部分来保证仪器要求的接收灵敏度和响应度；APD的灵敏度和响应度直接决定了OTDR等仪器的探测距离和探测信号质量。雪崩光电二极管(APD)是光电接收组件内使用的光电芯片的一种，接收以光作为载体的光信号，并利用半导体材料PN结的光电效应将光信号转换为电流信号，通过接收组件的驱动电路检测电流信号的变化并对信号进行处理。这种接收检测主要用于高速、非接触式、精密检测方面，具有其他方式无法比拟的优势。

但在实际的工程应用中，还有两个问题需要考虑：

1、APD芯片作为一种温度敏感型的元器件，工作特性和温度高度相关。尤其当APD工作在击穿电压附近时，如图4、5所示，APD的V-I曲线十分陡峭，光电流的变化对偏置电压的变化非常敏感。而击穿电压会随着环境温度的变化发生明显改变，因此即使保持APD工作电压不变、且输入光功率保持稳定，也会导致APD光电流发生大幅度的变化。从直观上看，就是光电接收组件的响应度和灵敏度随温度变化发生了明显的改变，导致光电接收组件的探测距离缩短，接收到的信号严重劣化。

2、在某些情况下，网络内的部分设备会突然接收到光强极大的大功率脉冲光信号，冲击接收光信号的APD芯片。此时APD芯片的最佳工作点(倍增光电流减去暗电流再除以初始光电流)很有可能在接近击穿电压的反偏压条件下，处于很高的电流增益区间；一旦接收到大功率光信号就会迅速在APD内部产生极大的光电流，远超APD正常工作所能承受光电流的最大值，并迅速将APD芯片的PN结击穿，造成设备内接收组件的损坏，使设备无法正常工作。

对于第一个问题，目前绝大多数方法是利用APD的驱动电路对APD的工作电压进行补偿。根据APD高低温测试的结果，APD的击穿电压会随环境温度上升而增大，随环境温度的下降而减小。APD驱动电路则按照这个变化规律，在环境温度升高时提高APD的工作电压，在环境温度降低时减小APD的工作电压，使光电流不发生明显的变化，保持光电接受组件响应度的稳定。但是这个方法存在的问题是其并不能稳定光电接受组件的灵敏度。众所周知，光电接收组件的灵敏度与光电芯片(如：PD、PIN、APD等)的内部噪声水平高度相关，而APD的噪声主要来自芯片内部的暗电流。如图6所示，暗电流和APD的击穿电压一样随环境温度上升而增大、随环境温度的下降而减小。那么在高温条件下，虽然驱动电路对工作电压进行了补偿，但对暗电流的增大却没有很有效的抑制手段。因此高温时接收信号噪声水平增大，信噪比减小，严重降低了接收组件的灵敏度。