發(fā)布時(shí)間：2021-03-21 20:53

　　角度位移傳感器作為一種多學(xué)科交織的精密光學(xué)儀器在國(guó)家基礎(chǔ)研究、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)發(fā)展中的地位日益突顯。但是,高端角度位移傳感器產(chǎn)品需要的關(guān)鍵核心零部件幾乎全部來(lái)自于國(guó)外進(jìn)口,產(chǎn)業(yè)鏈短板長(zhǎng)期存在且愈發(fā)嚴(yán)重。在此背景下,科技部、工信部、國(guó)家自然科學(xué)基金委等部門(mén)設(shè)置了一系列的“重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)”專項(xiàng),本文的工作就是來(lái)源于科技部重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)“ASIC光電集成芯片設(shè)計(jì)”,研究的目的是開(kāi)發(fā)一款專用于高精度角位移傳感器的光電集成芯片,具體包括與傳感器系統(tǒng)匹配的光電探測(cè)器陣列、高性能的光電集成電路和工業(yè)級(jí)的芯片制備方案。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性貢獻(xiàn)概括如下:1.提出了一種偽隨機(jī)信號(hào)和增量信號(hào)的同步方法。采用一位偽隨機(jī)碼象元對(duì)應(yīng)增量碼的一個(gè)明暗條紋的機(jī)制,在碼盤(pán)刻畫(huà)誤差不大于1/4個(gè)周期的范圍內(nèi),不需要復(fù)雜的算法來(lái)尋找到偽隨機(jī)碼的首位,可以直接進(jìn)行絕對(duì)位置信息的讀取。并基于本方法設(shè)計(jì)了專用光電集成芯片。2.提出了一種專用于讀取偽隨機(jī)信息的線陣探測(cè)器方案。為了更好的實(shí)現(xiàn)高速弱光檢測(cè),探測(cè)器被設(shè)計(jì)成與碼盤(pán)刻畫(huà)完全重合的扇形,保證了每個(gè)探測(cè)器感光情況的一致性;同時(shí),每個(gè)探測(cè)器采用獨(dú)立的讀取單元進(jìn)行積... 

【文章來(lái)源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：113 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

基于CMOS工藝單片集成光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)

光電集成的概念由美國(guó)加州理工學(xué)院的Yariv教授等人在1972年首先提出,并于1978年研制出了世界上第一個(gè)僅由一個(gè)Ga As激光二極管和一個(gè)GaAs耿氏二極管構(gòu)成的光電集成單片[29]。在四十余年的發(fā)展過(guò)程中,科研者們發(fā)現(xiàn)了硅基光電子和CMOS工藝兼容的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了光電子和微電子的大規(guī)模集成。其中,Luxtera公司最早實(shí)現(xiàn)了硅基單片光電集成芯片,其與Freescale公司共同開(kāi)發(fā)了光電子與微電子集成工藝庫(kù)及器件模型,真正意義上光電集成技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。此后,伴隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷成熟,越來(lái)越多的電子器件被集成到探測(cè)器芯片中,光電集成芯片的功能不斷豐富。與微電子遵從的摩爾定律相比,光電集成芯片發(fā)展中也發(fā)現(xiàn)了類似的規(guī)律,單個(gè)芯片上集成的元器件數(shù)量近似每2.5年翻一番[30],并且近些年還有加速的態(tài)勢(shì)。目前,在微電子學(xué)領(lǐng)域基于硅材料的集成電路技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,單個(gè)晶體管已達(dá)到納米級(jí)。目前,光電集成技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已成為后摩爾時(shí)代全球研究的聚焦點(diǎn)。一方面,如存儲(chǔ)器、微處理器、FPGA等這些對(duì)工藝技術(shù)要求比較高的芯片已被寡頭壟斷,技術(shù)壁壘也使得這方面的發(fā)展很難有太大的突破;另一方面,模擬芯片的范圍特別廣,從應(yīng)用的角度設(shè)計(jì)專門(mén)的模擬電路芯片,如各類傳感芯片、集成芯片等都是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的提升,這也為模擬芯片提供了廣闊的發(fā)展空間。其中光電集成方面,美國(guó)的研究機(jī)構(gòu)和公司在技術(shù)水平和工業(yè)化上都處在領(lǐng)先地位,歐美和日本緊隨其后。

歐洲的光電集成技術(shù)也處在全球比較領(lǐng)先的水平,其JEPPIX(Joint European Platform for InP-based Photonic Integrated Components and Circuits)光子集成芯片研究與成果轉(zhuǎn)化平臺(tái),是全歐洲范圍內(nèi)的通用加工工藝平臺(tái)。此外,日本在該領(lǐng)域的尖端研發(fā)能力也比較突出,相關(guān)研究機(jī)構(gòu)(Photonics-Electronics Convergence System Technology,PECST)的Urino等人,采用倒裝焊接的方式在同一顆芯片上集成了多種硅基光電器件,使得光電系統(tǒng)的性能實(shí)現(xiàn)了巨大的提升[34]。國(guó)內(nèi)在光電集成技術(shù)領(lǐng)域起步較晚,由中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、吉林大學(xué)與清華大學(xué)聯(lián)合成立的集成光電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室代表了國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的先進(jìn)水平。隨著近些年來(lái)國(guó)家對(duì)光電集成電路產(chǎn)業(yè)的促進(jìn),也涌現(xiàn)出了系列的創(chuàng)新成果和新興企業(yè)。其中浙江大學(xué)的何賽靈團(tuán)隊(duì)采用輔助鍵合的方法,實(shí)現(xiàn)了5通道無(wú)源陣列波導(dǎo)與有源光電調(diào)制器的單片集成,相應(yīng)系統(tǒng)性能得到顯著提升[35];中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的祝寧華等人基于三維封裝技術(shù),實(shí)現(xiàn)了10通道的大規(guī)模光電集成[36]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[6]高可靠性增量式光電編碼器接口電路設(shè)計(jì)[J]. 蔣晶,蔣東方,高航.  測(cè)控技術(shù). 2009(02)
[7]雙讀數(shù)系統(tǒng)的航天級(jí)絕對(duì)式光電編碼器設(shè)計(jì)[J]. 萬(wàn)秋華,孫瑩,王樹(shù)潔,佘容紅,盧新然,梁立輝.  光學(xué)精密工程. 2009(01)

博士論文
[1]小型絕對(duì)式光電編碼器動(dòng)態(tài)誤差檢測(cè)系統(tǒng)及方法研究[D]. 于海.中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2014



本文編號(hào)：3093526