CN102798988A

CN102798988A - 光调制器

Info

Publication number: CN102798988A
Application number: CN2012103157034A
Authority: CN
Inventors: 黄寓洋; 殷志珍; 冯成义; 李文; 张耀辉
Original assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2012-11-28

Abstract

本申请公开了一种光调制器，该光调制器包括量子阱有源层，所述量子阱有源层由InGaN/GaN材料制成。本发明的光调制器，通过该技术，可以解决红外波段在大气和水下被强烈吸收的问题，实现蓝绿可见光的自由空间光通信。这种通信具有保密性好，低功耗和多点分布式等特点，可以应用在敌我识别，无人机，海上浮标侦测和探矿、搜救等领域。

Description

光调制器

技术领域

本发明属于信号通信领域，尤其涉及一种GaN基蓝绿光多量子阱空间光调制器，可以应用在敌我识别，无人机，海上浮标侦测和探矿、搜救等领域。

背景技术

现在的无线通讯系统，大部分是基于广播式原理。

卫星通信是目前最为主要的通信手段。这种通讯方式，由基站向外发射电磁波，被中继站或者卫星中转后，被终端设备所接收。这种通讯方式的缺点在于，首先，需要基站或者卫星系统配合，系统复杂。其次，这是一种广播式系统，信号在自由空间进行非定向的传播，易被截获，安全性较差。虽然可以采用各种加密方法，但仍然存在安全隐患。第三，广播式通讯需要大功率发射和中继装置，难以将系统功耗降低，并实现系统的小型化。最后，这种广播式通讯易被相邻信道和外界干扰，造成信息失真、失效。

而另外一种被广泛应用的光纤通信方式，虽然能够做到高速、可靠和保密，但对环境的要求较高，需要搭建光纤系统，不能在短时间内建立起来。后调制自由空间光通信技术可以较好解决这些问题。这种技术结合了微波通信与光纤通信的优点，既具有大容量、高速、保密性好和安全可靠的优点，又不需要铺设光纤，应用灵活，可以作为无线通信和光纤通信的一种重要补充。然而，一般的后调制自由空间光通信系统使用的多量子阱空间光调制器，工作在850nm，980nm和1550nm等红外波段，在大气特别是在水下被吸收强烈，不能实现长距离的点对点通信。

有鉴于此，有必要提供一种新型的多量子阱空间光调制器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光调制器，该光调制器工作在蓝绿光波段，大气和水对其吸收较小，可以实现长距离的点对点自由空间光通信。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光调制器，包括量子阱有源层，其中，所述量子阱有源层由InGaN/GaN材料制成。

作为本发明的进一步改进，所述光调制器还包括：

设置于所述量子阱有源层下方的第一接触层、第一布拉格反射器层和衬底；

设置于所述量子阱有源层上方的第二接触层。

作为本发明的进一步改进，所述第一接触层形成于所述量子阱有源层和第一布拉格反射器层之间。

作为本发明的进一步改进，所述光调制器还包括第二布拉格反射器层，所述第二布拉格反射器层位于所述第二接触层的上方。

作为本发明的进一步改进，所述光调制器还包括形成于所述第一布拉格反射器层上的第一电极和形成于所述第二接触层上的第二电极，所述第一电极为Ni/Au合金，所述第二电极为Ti/Al/Ni/Au合金。

作为本发明的进一步改进，所述第一布拉格反射器层位于所述量子阱有源层和第一接触层之间。

作为本发明的进一步改进，所述光调制器还包括第二布拉格反射器层，所述第二布拉格反射器层位于所述第二接触层和量子阱有源层之间。

作为本发明的进一步改进，所述光调制器还包括形成于所述第一接触层上的第一电极和形成于所述第二接触层上的第二电极，所述第一电极为Ni/Au合金，所述第二电极为Ti/Al/Ni/Au合金。

作为本发明的进一步改进，所述量子阱有源层的工作波长为430~530nm。

与现有技术相比，本发明的光调制器，采用InGaN/GaN量子阱有源层，可以工作在蓝绿光波段，该波段是水下吸收很小的波段，避开了红外波段，因此在应用中可以解决红外波段在大气和水下被强烈吸收的问题，特别适用于水下光通信；本发明的光调制器是一种点对点的通信，和现有的广播式通信不同，因此不易被拦截，保密性好；量子阱光调制器的功耗低，可以使用电池驱动，进而可以在广阔区间进行多点分布布置，因此可广泛应用在敌我识别，无人机，海上浮标侦测和探矿、搜救等领域。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明最佳实施例中光调制器的结构示意图；

图2所示为本发明具体实施例中光调制器的应用示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种光调制器，包括量子阱有源层，所述量子阱有源层由InGaN/GaN材料制成。

GaN基多量子阱材料使用分子束外延(MBE)或者金属有机化学气相沉积(MOCVD)完成。材料为p-i-n结构。其中量子阱有源层由多周期不掺杂的InGaN/GaN组成，周期数在5-20左右。通过调节In的组分，可以实现对工作波长的调节。工作波长在430-530nm。为了实现多次反射，提高调制器的对比度，多量子阱两端加入了布拉格反射器（DBR）层结构，形成一个F-P腔。布拉格反射器层由多周期，分别进行n，p掺杂的GaN/AlGaN组成，或者也可由单层的GaN/空气界面构成。下方的布拉格反射器层一般反射率较高，高于90%，周期数20左右。上方的布拉格反射器层由空气和GaN材料界面构成，反射率在15%左右。在多量子阱区两端还有分别p，n掺杂的GaN接触层。

优选的，光调制器还包括：设置于所述量子阱有源层下方的第一接触层、第一布拉格反射器层和衬底；设置于所述量子阱有源层上方的第二接触层。在较佳实施例中，所述第一接触层形成于所述量子阱有源层和第一布拉格反射器层之间。在其他实施例中，所述第一布拉格反射器层也可以位于所述量子阱有源层和第一接触层之间。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明最佳实施例中光调制器的结构示意图。

参图1所示，光调制器10包括依次序设置的衬底11、第一布拉格反射器层12、第一接触层13、量子阱有源层14和第二接触层15。其中，衬底11为蓝宝石衬底，也可以为GaN、氮化硅、硅等其他衬底；第一布拉格反射器层12掺以N型掺杂剂；第一接触层13为N型接触层；第二接触层15为P型接触层。光调制器10还包括形成于第一布拉格反射器层12上的第一电极16和形成于第二接触层上的第二电极17，第一电极16优选为Ni/Au合金，第二电极17优选为Ti/Al/Ni/Au合金。在本实施例中，第二接触层15与位于其表面的空气界面构成布拉格反射器（DBR）层结构。

光调制器10为反射式多量子阱空间光调制器。多量子阱空间光调制器具备以下特点：

1、调制速度快，可并行工作

由于采用了多量子阱空间光调制器，所以这种系统的响应速度极快。从物理器件的极限来说，响应时间可以低至皮秒量级。而且，可以使用二维的调制器阵列进行并行传输，系统可以极大扩容，传输速率很高。十分适合在非对称的后调制自由空间光通信系统中应用，可以保证在对准的一瞬间将信号完全输送至接收端。

2、功耗极低

多量子阱空间光调制器工作在pn结反偏状态，工作电流很低，整个系统可以做到功耗低至10mW量级，这使信息发送端仅使用电池就可驱动，系统可以做得很小，并且工作时间很长。这尤其适合应用在信息传感和侦查的分布式探测领域。

3、可以使用相位调制

多量子阱空间光调制器除了常规的幅度调制，还可以进行相位调制。相位调制的抗干扰性较强。

图2所示为本发明具体实施例中光调制器的应用示意图。

参图2所示，是一种被动式的点对点通讯系统，以激光光波作为载波，大气作为传输介质，飞机与浮标不需要交换和中继系统就能实现点对点的信息通讯。在此例子中，飞机作为信息接收端，搭载激光器、探测器和自动指向追踪装置，而浮标为信息发送端，仅搭载光调制器10，光调制器10可以只用电池驱动，功耗和隐蔽性都很好。飞机飞过时，自动追踪系统进行高速摆扫确定目标，在与每个浮标对准以后的短暂的一瞬间，由激光器发射的光被光调制器10调制并反射回飞机，完成信息的传输。然后再进行下一个浮标的通信。使用GaN基多量子阱空间光调制器10，可以解决浮标的隐蔽性问题。由于蓝绿光在水中的吸收很小，因此浮标可以被设置在水面以下5-50米，不易被发现和摧毁，因此极大的增强了隐蔽性。

综上所述，本发明的光调制器，采用InGaN/GaN量子阱有源层，可以工作在蓝绿光波段，该波段是水下吸收很小的波段，避开了红外波段，因此在应用中可以解决红外波段在大气和水下被强烈吸收的问题；本发明的光调制器是一种点对点的通信，和现有的广播式通信不同，因此不易被拦截，保密性好；量子阱光调制器的功耗低，可以使用电池驱动，进而可以在广阔区间进行多点分布布置，因此可广泛应用在敌我识别，无人机，海上浮标侦测和探矿、搜救等领域。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种光调制器，包括量子阱有源层，其特征在于：所述量子阱有源层由InGaN/GaN材料制成。

2.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于：所述光调制器还包括：

设置于所述量子阱有源层上方的第二接触层。

3.根据权利要求2所述的光调制器，其特征在于：所述第一接触层形成于所述量子阱有源层和第一布拉格反射器层之间。

4.根据权利要求3所述的光调制器，其特征在于：所述光调制器还包括第二布拉格反射器层，所述第二布拉格反射器层位于所述第二接触层的上方。

5.根据权利要求3所述的光调制器，其特征在于：所述光调制器还包括形成于所述第一布拉格反射器层上的第一电极和形成于所述第二接触层上的第二电极，所述第一电极为Ni/Au合金，所述第二电极为Ti/Al/Ni/Au合金。

6.根据权利要求2所述的光调制器，其特征在于：所述第一布拉格反射器层位于所述量子阱有源层和第一接触层之间。

7.根据权利要求6所述的光调制器，其特征在于：所述光调制器还包括第二布拉格反射器层，所述第二布拉格反射器层位于所述第二接触层和量子阱有源层之间。

8.根据权利要求6所述的光调制器，其特征在于：所述光调制器还包括形成于所述第一接触层上的第一电极和形成于所述第二接触层上的第二电极，所述第一电极为Ni/Au合金，所述第二电极为Ti/Al/Ni/Au合金。

9.根据权利要求1所述的光调制器，其特征在于：所述量子阱有源层的工作波长为430~530nm。