CN108879321A - 一种集成soa的eml芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成SOA的EML芯片，所述EML芯片包括：衬底、反馈激光器DFB、电吸收调制器EAM、光放大器SOA；反馈激光器DFB、电吸收调制器EAM、光放大器SOA集成在衬底上，反馈激光器DFB和电吸收调制器EAM之间通过第一波导连接，用于实现EML激光器的脉冲输出，输出带有振幅调制的光脉冲；光放大器SOA和电吸收调制器EAM之间通过第二波导连接，光放大器SOA将电吸收调制器EAM输出的带有振幅调制的光脉冲放大后输出；将传统工艺中的耦合损耗减小到最小，由于使用集成方案，不需要额外的光路耦合设计，降低了器件的工艺难度；SOA的放大作用进一步提高芯片的光输出功率，使之能够满足大分束比的PON网络的应用环境。

Description

一种集成SOA的EML芯片

技术领域

本发明涉及激光器研究领域，具体地，涉及一种集成SOA的EML芯片。

背景技术

现有技术的所有缺点：现有商用EML芯片发光功率不能满足长距离传输的功率要求，需要在光路中使用外置的放大器对光信号加以放大，来增加输出功率。EML芯片和SOA芯片之间需要使用透镜进行光束变换，增加了器件结构上复杂性，同时由于满足模场匹配的需求，装配过程中的精度控制要求很高，耦合差损对于器件的相对位移非常敏感，从而增加耦合封装难度和成本，其中，SOA为半导体光放大器，EML为电吸收调制激光器。

在接入网络中，较大的分束比意味着PON网络中可以支持更多的用户，但是由于接收器灵敏度的限制，分束比越高，对OLT端输出光功率的要求就越大。目前主流的设计，在OLT端，发射信号使用EML芯片作为光源。EML芯片的结构是利用一个工作在恒定泵浦电流的DFB芯片，通过电吸收调制器EA对于连续输出的信号光加以调制振幅调制，产生脉冲光信号。相对于DML芯片，EML减小了直接调制过程中产生的脉冲信号的啁啾量，同时由于EA部分载流子寿命非常短，使得高速调制状态下，也能够产生较高消光比的高质量的光信号。

从激光器输出的光信号不能够支持大分束比的光网络，需要在光路中增加放大器结构，提高输出功率。

现有技术方案：

在C+L波段，有EDFA和SOA两种放大器，EDFA尺寸和结构都比较大，一般作为独立的模块，铺设在光路中，需要额外的控制系统，不利于集成化的设计思路。SOA芯片相对于EDFA来说，可以和EML在器件级别集成在一起，控制电路也可以集成在相应的收发模块中。

现有器件级别的集成方案，EML和SOA芯片是使用透镜或者透镜组来实现光束之间的耦合。具体光路如图1所示。

由于EA波导和SOA的波导对应的光斑尺寸非常小，对于耦合光路来说，精度控制的要求就非常高。耦合差损对于芯片和透镜的固定工艺参数及所用粘接剂的选择会影响整体非常敏感。

电吸收调制器是一种强度调制器，通过调节电压来控制调制器对于激光器输出的光信号的吸收，为了实现满足传输需求的调制深度的光信号，在调制过程会引入额外的损耗。对于NRZ调制信号，将引入3dB的额外损耗。这样就限制了芯片的输出功率。

为了增加光信号的整体功率，目前的常用做法是在EML芯片输出后端加入SOA，对光信号进一步放大。由于芯片和芯片之间的模场匹配问题，需要在EML和SOA芯片之间使用透镜进行模场变换。增加了封装工艺难度和器件封装成本。

发明内容

本发明提供了一种集成SOA的EML芯片，将SOA和EML两个部分集成到同一外延衬底上，EML和SOA通过直通波导加以连接，将传统工艺中的耦合损耗减小到最小，由于使用集成方案，不需要额外的光路耦合设计，降低了器件的工艺难度。SOA的放大作用进一步提高芯片的光输出功率，使之能够满足大分束比的PON网络的应用环境。

为实现上述发明目的，本申请提供了一种集成SOA的EML芯片，所述EML芯片包括：

衬底、反馈激光器DFB、电吸收调制器EAM、光放大器SOA；反馈激光器DFB、电吸收调制器EAM、光放大器SOA集成在衬底上，反馈激光器DFB和电吸收调制器EAM之间通过第一波导连接组成脉冲输出区，用于实现EML激光器的脉冲输出，输出带有振幅调制的光脉冲；光放大器SOA和电吸收调制器EAM之间通过第二波导连接组成脉冲放大区，光放大器SOA将电吸收调制器EAM输出的带有振幅调制的光脉冲放大后输出。

优选的，第二波导包括直通波导段和弧形弯曲波导段，电吸收调制器EAM与直通波导段连接，直通波导段与弧形弯曲波导段连接，弧形弯曲波导段与光放大器SOA连接。

优选的，弯曲弧形波导端末端切线和芯片的解理面法线方向呈预设角度，预设角度范围为5-7度。

优选的，在光放大器SOA输出波导处通过一定分束比设计的耦合分路器将光信号分为两束，一束通过波导传输至芯片的输出端面，另一束耦合到集成探测器部分，用于监控输出功率。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明将外置的SOA放大器结构通过芯片集成的方式和EML芯片结合到一个外延基底上，通过直通波导连接，最大限度消除耦合损耗，简化器件结构，同时SOA对光信号的放大进一步提高芯片的输出功率，满足实际应用中对于光功率的需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是现有技术方案示意图；

图2是本申请集成芯片示意图；

图3是本申请集成芯片的结构示意图；

图4是本申请延伸设计方案示意图；

图5是本申请延伸设计方案示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

传统EML芯片由分布反馈激光器DFB，电吸收调制器EAM，所述DFB和EAM之间由波导连接，其功能在于实现传统的EML激光器的脉冲输出，EA在电脉冲注入的情况下，通过偏置电压的改变来控制对DFB激光器输出的光信号的吸收效率，从而形成光脉冲的输出。

本发明所设计的集成芯片结构如图2-图5所示，相对于传统EML芯片，增加了SOA放大部分。DFB和EA部分完成传统EML激光器的功能，输出带有振幅调制的光脉冲。由于SOA部分在泵浦电流的作用下，实现粒子数反转，入射光脉冲通过有源区后，受激辐射使上能级粒子向下跃迁，从而产生放大的光脉冲输出。SOA的波导部分由一段直通波导和一段弧形弯曲波导构成，弯曲弧形波导末端切线和芯片的解理面法线方向呈一定角度，一般选用5～7度，其作用是增加端面回损，减小出射光在端面处的反射耦合回原波导的比例。

集成芯片设计，包括DFB，SOA和EA三个部分，将SOA放在DFB之后，对DFB恒定输出功率的光信号加以放大，之后再通过EA部分对光信号加以调制。

另一种实现方式是增加集成芯片的结构，在SOA输出波导处通过一定分束比设计的耦合分路器将光信号分为两束，主要能量通过波导传输至芯片的输出端面，另一部分能量耦合到集成探测器部分，用于监控输出功率。通过控制分路比，可以从探测器响应度和分束比来反推从由SOA波导处的输出功率。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种集成SOA的EML芯片，其特征在于，所述EML芯片包括：

衬底、反馈激光器DFB、电吸收调制器EAM、光放大器SOA；反馈激光器DFB、电吸收调制器EAM、光放大器SOA集成在衬底上，反馈激光器DFB和电吸收调制器EAM之间通过第一波导连接组成脉冲输出区，用于实现EML激光器的脉冲输出，输出带有振幅调制的光脉冲；光放大器SOA和电吸收调制器EAM之间通过第二波导连接组成脉冲放大区，光放大器SOA将电吸收调制器EAM输出的带有振幅调制的光脉冲放大后输出。

2.根据权利要求1所述的集成SOA的EML芯片，其特征在于，第二波导包括直通波导段和弧形弯曲波导段，电吸收调制器EAM与直通波导段连接，直通波导段与弧形弯曲波导段连接，弧形弯曲波导段与光放大器SOA连接。

3.根据权利要求1所述的集成SOA的EML芯片，其特征在于，弯曲弧形波导端末端切线和EML芯片的解理面法线方向呈预设角度，预设角度范围为5-7度。

4.根据权利要求1所述的集成SOA的EML芯片，其特征在于，在光放大器SOA输出波导处通过一定分束比设计的耦合分路器将光信号分为两束，一束通过波导传输至芯片的输出端面，另一束耦合到集成探测器部分，用于监控输出功率。