[发明专利]单片硅光电倍增器阵列

权利要求书

1.一种光学系统，包括：

衬底；

多个硅光电倍增器(SiPM)，与所述衬底单片地集成，其中，每个SiPM包括多个单光子雪崩二极管(SPAD)；以及

光圈阵列，包括多个光圈，其中，多个SiPM与光圈阵列被对准以便限定多个接收器通道，其中，每个接收器通道包括光学耦合到多个光圈中的相应光圈的多个SiPM中的相应SiPM。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述衬底包括硅晶片、磷化铟晶片或砷化镓晶片。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述多个SiPM中的每个SiPM包括至少1000个SPAD。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述多个SiPM沿衬底布置成六边形或正方形阵列。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述多个SiPM沿衬底以约0.4SiPM/mm²的密度布置。

6.根据权利要求1所述的光学系统，还包括多个电导体，其中，所述多个电导体经由穿过衬底的通孔(TSV)或侧面布线布置中的至少一种耦合到所述多个SiPM。

7.根据权利要求1所述的光学系统，还包括衬底中的至少一个隔离沟槽，其中，所述至少一个隔离沟槽布置在相邻SiPM之间。

8.根据权利要求7所述的光学系统，其中，所述至少一个隔离沟槽至少部分地填充有金属材料、光学不透明材料、导电材料或非导电材料中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的光学系统，其中，所述至少一个隔离沟槽在相邻SiPM之间提供电隔离或光学隔离。

10.根据权利要求1所述的光学系统，还包括多个光波导，其中，每个光波导被配置为将光耦合到所述多个SiPM中的相应SiPM。

11.根据权利要求1所述的光学系统，还包括：

挡板结构，其中，所述挡板结构包括光学不透明材料中的多个开口，其中，所述档板结构布置在光圈阵列和所述多个SiPM之间，使得每个接收器通道包括经由所述挡板结构中的相应开口光学耦合到所述多个光圈中的相应光圈的所述多个SiPM中的相应SiPM。

12.根据权利要求11所述的光学系统，其中，所述挡板结构的横截面包括由挡板结构中的相应开口分离的多个菱形构件。

13.一种制造光学系统的方法，所述方法包括：

提供单片硅光电倍增器(SiPM)阵列，所述SiPM阵列包括与衬底单片地集成的多个SiPM，其中，每个SiPM包括多个单光子雪崩二极管(SPAD)；以及

将包括多个光圈的光圈阵列与单片SiPM阵列对准，以便限定多个接收器通道，其中，每个接收器通道包括光学耦合到所述多个光圈中的相应光圈的所述多个SiPM中的相应SiPM。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述单片SiPM阵列中的所述多个SiPM被布置成六边形或正方形阵列。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述单片SiPM阵列中的所述多个SiPM以约0.4SiPM/mm²的密度布置。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述单片SiPM阵列还包括衬底中的至少一个隔离沟槽，其中，所述至少一个隔离沟槽布置在相邻SiPM之间。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述至少一个隔离沟槽至少部分地填充有金属材料、光学不透明材料、导电材料或非导电材料中的至少一种。