中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部,上海 201800
光电互联技术在光电通信、光电导航等**领域,高性能处理器以及民用通信等领域有着独特的优势。对于目前高性能计算和高速率通信系统中,无论是板到板还是板内各模块之间的链路,对更高带宽的需求持续增加,光电互联可代替传统电互联解决这一问题,同时降低系统成本与功耗,使系统微型化、高性能化。光电互联技术按光传输介质可分为自由空间光互联技术、聚合物光波导光电互联技术、光纤光电互联技术三类。简要介绍了光电互联技术的定义与三类光电互联技术,阐述了国内外聚合物光波导光电互联技术与光纤光电互联技术的发展动态,讨论对比了三类光电互联技术优缺点,指出了该领域的关键技术与发展趋势,为我国在该领域未来的研究方向提供参考。
光电子 光电互联 聚合物光波导光电互联 光纤光电互联 光电印刷电路板 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706008
1 中国科学院深圳先进技术研究院,广东 深圳 518052
2 奥比中光科技集团股份有限公司,广东 深圳 518055
基于单光子雪崩二极管(SPAD)的激光雷达凭借其灵敏度高、探测距离远、集成度高等优点被广泛应用于三维感知领域。SPAD激光雷达系统中包含各种功能的子模块。研究这些子模块对激光雷达系统性能的影响有助于进一步优化系统方案,提高研发效率,降低研发成本。因此,从系统子模块的特性出发,利用时间相关单光子计数技术(TCSPC)和蒙特卡罗法建立了基于SPAD的激光雷达模型,得到了被动复位电路和主动复位电路、单事件首光子时间数字转换器(TDC)和多事件TDC对系统性能的影响。结果表明:在目标飞行时间为20 ns、环境光为50×103 lx、目标反射率为10%的条件下,主动复位电路与被动复位电路的系统性能基本相当;当目标反射率增加到50%后,主动复位电路的系统性能优于被动复位电路;类似地,多事件TDC的系统性能优于单事件首光子TDC,主要表现在,与单事件首光子TDC相比,多事件TDC的噪声本底计数为均匀分布,其信号计数的峰值更易大于噪声本底计数的峰值,寻峰算法更简单,算力需求更少。仿真结果表明,为使系统性能最优化,SPAD集成芯片的后端子模块应采用主动复位电路和多事件TDC的组合架构。
激光雷达 单光子雪崩二极管 建模与仿真 淬灭电路 时间数字转换器 激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1028003
1 中铁工程设计咨询集团有限公司 郑州设计院,郑州 450007
2 兰州交通大学 自动化与电气工程学院,兰州 730070
依据周期测频法设计了以FPGA为核心器件的ZPW-2000移频信号检测实验仪。该实验仪采用8个计数器实现移频信息的检测,其中,边频检测采用2个计数器分别检测计数信号上下跳沿,通过选择2组计数值中较大值,使计数误差降低至0-1个计数信号周期,在200 MHz计数信号下,边频检测误差可控制在0.07 Hz以内;低频检测采用6个异步计数器,分别实现移频信号中低频成分的获取及低频频率的检测计算,低频频率计数器通过设置前N个状态进行低频计数,第N+1个状态进行计数值锁存分析的方式,有效降低了低频获取引起的误差。分析发现,当N≥10时,最大误差可降至0.029 Hz以下。实验仪实测证明,边频、低频检测误差均能满足铁道标准TB/T 3532—2018中移频信号上下边频误差±0.15 Hz、低频误差±0.03 Hz的要求;检测实验仪能准确解算出基于FPGA的ZPW-2000移频信号发码实验仪移频信息,解决了ZPW-2000系列轨道电路移频信号教学及实验任务必须采用铁路专用设备的限制,结合发码实验仪可为学生更直观地展示轨道电路发码与检测过程,使学生更加深入地了解移频轨道的电路原理。
检测仪 移频信号 轨道电路 实验仪器 detector frequency shift signal track circuit experimental instrument
红外与激光工程
2024, 53(1): 20230364
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术联合国家重点实验室,上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083
3 中国科学院大学,北京 100049
4 上海科技大学,上海 201210
红外焦平面探测器正朝着更大规模、高帧频、高集成度的方向发展。在高速目标跟踪探测、感兴趣区域成像等应用场景,需要解决高速读出时面临的功耗较高的难点。文中提出了一种数字IC的可编程开窗IP核设计,并通过采用列级分时选通技术,实现对640×512读出电路列模块的超低功耗优化。像素单元电路包含CTIA输入级、双采样保持结构和跟随输出,折衷优化了面积、噪声和增益等因素。相较于传统用门级电路定制设计实现的开窗方式,可编程开窗数字IP核对于不同面阵规格具有良好的可扩展性,并且可以借助后端软件综合优化版图布局,从而缩短设计周期。实际研制中采用0.18 µm 标准CMOS工艺完成了中心距15 µm的640×512读出电路设计及流片验证,并与640×512元短波红外InGaAs探测器芯片进行了耦合测试,结果表明分时选通技术有效降低了列级电路功耗,电路读出总功耗小于80 mW,列级功耗仅为15 mW,读出速率达到15 MHz,可编程开窗IP核功能正常,可以实现指定区域的开窗功能。
可编程随机开窗 分时选通技术 读出电路 铟镓砷 短波红外 programmable arbitrary windowing time-selection technology ROIC InGaAs short-wave infrared 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230241
1 广东工业大学 机电工程学院,广州 510006
2 广州市自来水有限公司,广州 510600
光功率检测电路的性能好坏决定了接收信号的质量,介绍了光功率检测电路中半导体光电探测器的分类以及与光电探测器相连的几种常用的跨阻放大器,并根据跨阻放大器的性能指标对比了各自的优缺点和应用范围。最后,展望了光功率检测电路的发展前景。
光功率 光电探测器 跨阻放大器 检测电路 集成互补的金属氧化物半导体电路
河北华美光电子有限公司,河北 张家口 075400
为了解决无光输入时光收发一体模块的接收监控有时会出现异常的问题,提出了一种精确选择跨阻放大器解耦电容和软件校准相配合使用的方法。首先,测试了监控异常时的I2C总线波形和接收电源噪声波形,验证了多种型号跨阻放大器和不同监控解耦电容值对接收监控的影响,确认了接收无光监控异常主要是由跨阻放大器监控残留噪声和监控电容解耦2个原因造成的;然后,通过实验选取合适的监控信号解耦电容,同时使用二阶方程进行软件校准。测试结果表明,该方法可以完全解决无光时的接收监控异常问题。
光纤通信 光电收发一体模块 监控校准电路噪声 optical fiber communication, optoelectronics trans
为了进一步提高光模块光学耦合效率和出光光功率, 设计和优化了400G光收发模块,使用带有透镜的无源器件作为光学耦合的重要部件,以提高耦合效率;采用输入/输出缓冲区信息规范(IBIS)模型对光模块的高频电路进行分析与优化;最后,对光模块进行了光学设计、链路仿真和测试。测试结果表明:设计的光收发模块眼图较为清晰,光眼图抖动为2.3 ps左右,各个通道具有较好的一致性,202 s内无误码;信号传输100 m后,未出现丢包情况,系统性能比较稳定。
光模块 多路并行收发驱动电路 短距离传输 印制电路板埋铜技术 optical module, multiplex parallel transceiver dri