本发明涉及半导体光电子器件，尤其涉及一种采用单个光电探测器的高速自启动硅光偏振探测装置。
背景技术：
1、在过去的几十年中，以集成电路为核心的微电子技术高速发展。但随着集成度的不断提高，晶体管体积不断缩小，电路中的导线的固有电容和电感限制了其传输速度和带宽。在物联网和人工智能快速发展的今天，集成电路需要处理的数据量大幅增长，现有的片上信号传输方式不再能满足通信的需要。而光子在波导中的传输速度要比于电子在导体和半导体中的传输速度快得多，而且传输过程中的光信号不会互相干扰，也没有金属导线电容和电感的限制。因此，与传统硅集成工艺兼容的硅基光子集成电路被提出。
2、对于光通信波长的选择，主要取决于光在光波导中的传输损耗。在1260nm～1625nm的波长范围称为低损耗波长区域，其中c波段(1530nm～1565nm)损耗最低，使用范围最广。c波段代表性波长为1550nm，但硅对于这个通信波段的光近乎是透明的。因此，选择硅基锗或铟镓砷(ingaas)探测器探测红外光。这两者中，锗材料成本低，导热率高，并且与硅工艺兼容，因此获得了更广泛的使用。
3、与振幅、相位和频率一样，偏振是光的基本属性之一，可以用来记录、处理和存储信息。光的偏振是指光波中电场矢量方向的选择性振动。光偏振在生活中有很多应用方向，包括用偏振片来控制液晶分子的排列的液晶显示器，偏光太阳镜和3d显示等。光的偏振特性作为光的基本属性之一还可以携带和存储更多信息，例如在光纤通信中，偏振复用技术可以利用不同偏振态的光波在同一光纤中传输信号，从而提高光纤的传输容量。偏振包含了关于成像环境的信息，例如材料和组织的特性，表面粗糙度，反射面的形状和纹理，发光体的取向，或各种材料的光学活性，这些信息在颜色、强度和光谱含量上通常是无法体现的。
4、目前，偏振相关的光学系统包含体积大，成本高的光学元件，非常不利于光电融合集成，片上的偏振探测器结构复杂且制备工艺复杂。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种采用单个光电探测器的高速自启动硅光偏振探测装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、本发明实施例第一方面提供一种采用单个光电探测器的高速自启动硅光偏振探测装置，包括：二维光栅耦合器、光波导和具有对称能带结构的自启动硅基锗光电探测器；
3、所述二维光栅耦合器与所述光波导连接，所述光波导与所述具有对称能带结构的自启动硅基锗光电探测器的两个pn结连接；
4、其中，所述二维光栅耦合器接收垂直的入射光，并将入射光的偏振态分解为两个正交的偏振态，两个正交的偏振态的光分别通过所述光波导耦合传递至所述具有对称能带结构的自启动硅基锗光电探测器的两个pn结，以实现所述具有对称能带结构的自启动硅基锗光电探测器产生正响应和负响应。
5、在本发明的一个实施例中，所述二维光栅耦合器，包括：矩形耦合部、第一耦合臂和第二耦合臂；
6、所述矩形耦合部上开设有多个圆形凹槽，所述多个圆形凹槽构成阵列形式；
7、所述第一耦合臂和所述第二耦合臂分别设置在所述矩形耦合部相邻的两个边上；
8、所述第一耦合臂和所述第二耦合臂均与所述光波导的一端连接。
9、在本发明的一个实施例中，所述光波导，包括：第一子光波导和第二子光波导；
10、所述第一耦合臂与所述第一子光波导的一端连接，所述第一子光波导的另一端与所述具有对称能带结构的自启动硅基锗光电探测器的一个pn结连接；
11、所述第二耦合臂与所述第二子光波导的一端连接，所述第二子光波导的另一端与所述具有对称能带结构的自启动硅基锗光电探测器的另一个pn结连接。
12、在本发明的一个实施例中，所述具有对称能带结构的自启动硅基锗光电探测器的掺杂硅层的一端接地。
13、在本发明的一个实施例中，所述二维光栅耦合器接收垂直的入射光，并将入射光的偏振态分解为ex偏振分量和ey偏振分量，并将所述ex偏振分量和ey偏振分量均以te模式分别耦合到所述第一子光波导和所述第二子光波导中。
14、在本发明的一个实施例中，所述具有对称能带结构的自启动硅基锗光电探测器掺杂硅层为p-n-p型或n-p-n型结构。
15、在本发明的一个实施例中，采用硅光平台制备得到。
16、在本发明的一个实施例中，工作带宽大于或等于50ghz。
17、在本发明的一个实施例中，所述入射光为红外光；
18、所述两个正交的偏振态的光分别通过所述光波导耦合传递至所述具有对称能带结构的自启动硅基锗光电探测器的两个pn结，以实现所述具有对称能带结构的自启动硅基锗光电探测器产生正响应和负响应，包括：
19、两个正交的偏振态的光分别通过所述光波导耦合传递至所述具有对称能带结构的自启动硅基锗光电探测器的两个pn结后，所述红外光穿透掺杂硅层被锗吸收，锗中产生的光生载流子扩散进入到掺杂硅层中，在pn结的空间电场中光生载流子被定向分离，两个pn结位置处产生相反的光电流，以实现所述具有对称能带结构的自启动硅基锗光电探测器产生正响应和负响应。
20、本发明的有益效果：
21、本发明结构简单，更容易实现与现有硅工艺平台的融合进行制备。本发明仅使用一个光电探测器结构就可以完成入射光偏振信息的检测，全部的偏振信息被包含在一个电信号的输出中，极大地提高了器件结构的利用率和输出信号所包含的信息密度，减小了系统复杂度，提高了集成度，减小了芯片面积，降低了成本。此外，工作在零功耗条件下的高速器件，更适用于有小型化低功耗低成本需求的物联网应用。
22、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
23、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种采用单个光电探测器的高速自启动硅光偏振探测装置，其特征在于，包括：二维光栅耦合器、光波导和具有对称能带结构的自启动硅基锗光电探测器；
2.如权利要求1所述的一种采用单个光电探测器的高速自启动硅光偏振探测装置，其特征在于，所述二维光栅耦合器，包括：矩形耦合部、第一耦合臂和第二耦合臂；
3.如权利要求1所述的一种采用单个光电探测器的高速自启动硅光偏振探测装置，其特征在于，所述光波导，包括：第一子光波导和第二子光波导；
4.如权利要求1所述的一种采用单个光电探测器的高速自启动硅光偏振探测装置，其特征在于，所述具有对称能带结构的自启动硅基锗光电探测器的掺杂硅层的一端接地。
5.如权利要求3所述的一种采用单个光电探测器的高速自启动硅光偏振探测装置，其特征在于，所述二维光栅耦合器接收垂直的入射光，并将入射光的偏振态分解为ex偏振分量和ey偏振分量，并将所述ex偏振分量和ey偏振分量均以te模式分别耦合到所述第一子光波导和所述第二子光波导中。
6.如权利要求4所述的一种采用单个光电探测器的高速自启动硅光偏振探测装置，其特征在于，所述具有对称能带结构的自启动硅基锗光电探测器掺杂硅层为p-n-p型或n-p-n型结构。
7.如权利要求1所述的一种采用单个光电探测器的高速自启动硅光偏振探测装置，其特征在于，采用硅光平台制备得到。
8.如权利要求1所述的一种采用单个光电探测器的高速自启动硅光偏振探测装置，其特征在于，工作带宽大于或等于50ghz。
9.如权利要求1所述的一种采用单个光电探测器的高速自启动硅光偏振探测装置，其特征在于，所述入射光为红外光；