[发明专利]一种集成制冷和光纤的红外单光子探测器真空封装结构

权利要求书

1.一种集成制冷和光纤的红外单光子探测器真空封装结构，由红外单光子雪崩光电二极管(1)、半导体制冷片(2)、管壳(3)、管脚(4)、散热底壳(5)、可调焦距透镜(6)、光纤(7)、光纤转接器(8)、封装空腔(9)和光纤接头(10)组成；所述系统中管壳(3)和散热底壳(5)紧密连接在一起，两者密封后通过真空处理使封装空腔(9)内形成真空环境；红外单光子雪崩光电二极管(1)贴附在半导体制冷片(2)的冷端，半导体制冷片(2)为红外单光子雪崩光电二极管(1)提供工作运行所需的低温条件，半导体制冷片(2)的热端贴附在散热底壳(5)上，半导体制冷片(2)将热量传递到散热底壳(5)来进行散热；红外单光子雪崩光电二极管(1)和半导体制冷片的阴极和阳极通过键合金丝连接到管脚(4)以便与外部驱动电路连接；光纤转接器8一端固定有光纤(7)，另一端与管壳(3)的顶部连接，其内部安装可调焦距透镜(6)；红外入射光通过光纤连接器8耦合到光纤(7)，经过光纤(7)传输到可调焦距透镜(6)，可调焦距透镜(6)将光纤(7)输出的红外光聚焦到红外单光子雪崩光电二极管(1)的表面。

2.根据权利要求1所述的集成制冷和光纤的红外单光子探测器真空封装结构，其特征是：红外单光子雪崩光电二极管(1)是最大探测效率集中在1550nm波段的单光子雪崩光电二极管材料可是基于锗(Germanium)，铟镓砷(InGaAs)或者铟镓砷/磷化铟(InGaAs/InP)的任何一种；半导体制冷片(2)一面为吸收热量温度下降的冷面，一面为释放热量温度上升的热面，红外单光子雪崩光电二极管(1)的光敏面朝上，底面与半导体制冷片(2)的冷面连接；当半导体制冷片(2)工作时，冷面会将红外单光子雪崩光电二极管(1)的温度降低到零下，低温能降低红外单光子雪崩光电二极管(1)的噪声。

3.根据权利要求1所述的集成制冷和光纤的红外单光子探测器真空封装结构，其特征是：管壳(3)整体呈圆柱结构，顶部连接光纤转接器(8)，呈圆环状的底部与散热底壳密封连接，封装空腔(9)内部进行真空处理，防止半导体制冷片(2)制冷时封装空腔(9)内有冷凝水产生，同时真空可以降低封装内的对流热损失；封装结构中有4个管脚(4)，分别连接到红外单光子雪崩光电二极管(1)的阳极和阴极及半导体制冷片(2)的正极和负极，以便于与外部电路的连接。

4.根据权利要求1所述的集成制冷和光纤的红外单光子探测器真空封装结构，其特征是：光纤(7)与红外单光子雪崩光电二极管(1)波段匹配，光纤(7)一端连接光纤转接器(8)，一端连接光纤接头(10)；外部光源连接光纤接头(10)，入射的光通过光纤(7)耦合到可调焦距透镜(6)的物方焦点。

5.根据权利要求1所述的集成制冷和光纤的红外单光子探测器真空封装结构，其特征是：可调焦距透镜(6)的作用是将光纤(7)输出的光线汇聚到红外单光子雪崩光电二极管(1)的感光部分，其焦距不是固定的，是可以在一定范围内进行调节的；因为不同的红外单光子探测器具有有不同的感光面积和不同的厚度，当它们被固定在封装中时，如果可调焦距透镜(6)的焦距固定，这使得光纤(7)输出的光线无法全部照射到感光部分，使得封装的耦合效率降低；只有可调焦距透镜(6)的焦距能够可以调节，才可以使得该封装在面对不同感光面积和不同厚度的红外单光子探测器(1)时，耦合效率始终能够达到最大值。