CN113394659A - 一种采用阵列半导体光放大器实现的光源及光耦合方法 - Google Patents

一种采用阵列半导体光放大器实现的光源及光耦合方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种采用阵列半导体光放大器实现的光源及光耦合方法，其中，采用阵列半导体光放大器实现的光源利用分束器对激光器的待处理激光进行分束，并利用光放大阵列对分束获得的N束子激光进行分别放大，最后利用耦合阵列将N束所述待耦合激光耦合为M束输出激光向光芯片传输，突破了激光器输出的待处理激光的光功率较小，以及单路耦合通道能够传输的光功率较小的限制，实现了为光芯片提供高光功率的输出激光的目的。具体地，通过采用光放大阵列，实现了数倍于单个激光器功率的高功率光源。通过耦合阵列使得输出的M束激光可以耦合进入所述光芯片中，突破了单路耦合通道的最大功率限制，提高了进入光芯片的总光功率。

Description

一种采用阵列半导体光放大器实现的光源及光耦合方法
技术领域
本申请涉及传感和光通信技术领域，更具体地说，涉及一种采用阵列半导体光放大器实现的光源及光耦合方法。
背景技术
在激光雷达和空间光通信领域，如何将大功率的光耦合到芯片中，对激光雷达和空间光通信的探测或者传输距离起到至关重要的影响。但现有的光源受限于各种因素的限制，无法实现为光芯片提供高光功率的光信号。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提供了一种采用阵列半导体光放大器实现的光源及光耦合方法，以实现为光芯片提供高光功率的输出激光的目的。
为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
一种采用阵列半导体光放大器实现的光源，包括：
激光器，所述激光器用于输出待处理激光；
分束器，所述分束器用于将所述待处理激光分为N束子激光；
光放大阵列，用于对N束所述子激光进行分别放大，以获得N束待耦合激光；N为大于1的正整数；
耦合阵列，用于将N束所述待耦合激光耦合为M束输出激光，M为小于或等于N的正整数；
光芯片，用于接收M束所述输出激光。
可选的，所述分束器包括至少一个一分二波导。
可选的，所述光放大阵列包括N个半导体光放大器，N个所述半导体光放大器与N束所述子激光一一对应；
所述半导体光放大器，用于将与所述半导体光放大器对应的子激光进行光功率放大。
可选的，所述耦合阵列包括多个耦合结构，所述耦合结构用于将X束所述待耦合激光耦合为一束所述输出激光，X为大于或等于1，且小于或等于N的正整数。
可选的，所述耦合结构包括垂直耦合结构或直接耦合结构。
可选的，所述激光器、分束器和所述光放大阵列封装在一片晶圆上，所述耦合阵列和所述光芯片封装在另一片晶圆上。
可选的，所述激光器和所述分束器封装在一片晶圆上，所述光放大阵列封装在另一片晶圆上，所述耦合阵列和所述光芯片封装在又一片晶圆上。
可选的，所述激光器、所述分束器、所述光放大阵列、所述耦合阵列和所述光芯片封装在同一片晶圆上。
一种光耦合方法，包括：
提供待处理激光；
对所述待处理激光进行分束，以获得N束子激光；
分别对N束所述子激光进行放大，以获得N束待耦合激光；
将N束所述待耦合激光耦合为M束输出激光，M为小于或等于N的正整数。
从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种采用阵列半导体光放大器实现的光源及光耦合方法，其中，所述采用阵列半导体光放大器实现的光源利用分束器对激光器的待处理激光进行分束，并利用光放大阵列对分束获得的N束子激光进行分别放大，最后利用耦合阵列将N束所述待耦合激光耦合为M束输出激光向光芯片传输，突破了激光器输出的待处理激光的光功率较小，以及单路耦合通道能够传输的光功率较小的限制，实现了为光芯片提供高光功率的输出激光的目的。
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的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请的一个实施例提供的一种采用阵列半导体光放大器实现的光源的结构示意图；
图2为本申请的另一个实施例提供的一种采用阵列半导体光放大器实现的光源的结构示意图；
图3为本申请的又一个实施例提供的一种采用阵列半导体光放大器实现的光源的结构示意图；
图4为本申请的再一个实施例提供的一种采用阵列半导体光放大器实现的光源的结构示意图；
图5为本申请的一个可选实施例提供的一种采用阵列半导体光放大器实现的光源的结构示意图；
图6为本申请的另一个可选实施例提供的一种采用阵列半导体光放大器实现的光源的结构示意图；
图7为本申请的一个实施例提供的一种光耦合方法的流程示意图。
具体实施方式
正如背景技术中所述，在激光雷达和空间光通信领域，对于将大功率的光耦合到芯片中有着迫切的需求。
但发明人研究发现，将大功率的光耦合到芯片中存在诸多限制，例如，一方面：光源，特别是窄线宽半导体激光器的输出光功率较小。另一方面，受到芯片功率密度的限制，单路耦合通道能够传输的光功率较小，导致能够耦合到光芯片上的总光功率很小。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种采用阵列半导体光放大器实现的光源，包括：
激光器10，所述激光器10用于输出待处理激光；
分束器20，所述分束器20用于将所述待处理激光分为N束子激光；
光放大阵列30，用于对N束所述子激光进行分别放大，以获得N束待耦合激光；N为大于1的正整数；
耦合阵列40，用于将N束所述待耦合激光耦合为M束输出激光，M为小于或等于N的正整数；
光芯片50，用于接收M束所述输出激光。
相应的，还提供了一种光耦合方法，包括：
提供待处理激光；
对所述待处理激光进行分束，以获得N束子激光；
分别对N束所述子激光进行放大，以获得N束待耦合激光；
将N束所述待耦合激光耦合为M束输出激光，M为小于或等于N的正整数。
其中，所述采用阵列半导体光放大器实现的光源利用分束器20对激光器10的待处理激光进行分束，并利用光放大阵列30对分束获得的N束子激光进行分别放大，最后利用耦合阵列40将N束所述待耦合激光耦合为M束输出激光向光芯片50传输，突破了激光器10输出的待处理激光的光功率较小，以及单路耦合通道能够传输的光功率较小的限制，实现了为光芯片50提供高光功率的输出激光的目的。
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清楚、完整地描述，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。为了更加特定地强调实施的独立性，本说明书涉及许多模块或单元。
本说明书所提及的“实施例”或类似用语表示与实施例有关的特性、结构或特征，包括在本发明的至少一实施例中。因此，本说明书所出现的用语“在一实施例中”、“在实施例中”以及类似用语可能但不必然都指向相同实施例。
再者，本发明所述特性、结构或特征可以以任何方式结合在一个或多个实施例中。以下说明将提供许多特定的细节，比如半导体光放大器31、一分二波导21等例子，以提供对本发明实施例的了解。然而相关领域的普通技术人员将看出本发明，即使没有利用其中一个或多个特定细节，或利用其它方法、组件、材料等亦可实施。另一方面，为避免混淆本发明，公知的结构、材料或操作并没有详细描述。
本申请实施例提供了一种采用阵列半导体光放大器实现的光源，如图1所示，包括：
激光器10，所述激光器10用于输出待处理激光；
分束器20，所述分束器20用于将所述待处理激光分为N束子激光；
光放大阵列30，用于对N束所述子激光进行分别放大，以获得N束待耦合激光；N为大于1的正整数；
耦合阵列40，用于将N束所述待耦合激光耦合为M束输出激光，M为小于或等于N的正整数；
光芯片50，用于接收M束所述输出激光。
在本实施例中，所述采用阵列半导体光放大器实现的光源利用分束器20对激光器10的待处理激光进行分束，并利用光放大阵列30对分束获得的N束子激光进行分别放大，最后利用耦合阵列40将N束所述待耦合激光耦合为M束输出激光向光芯片50传输，突破了激光器10输出的待处理激光的光功率较小，以及单路耦合通道能够传输的光功率较小的限制，实现了为光芯片50提供高光功率的输出激光的目的。
具体地，通过采用光放大阵列30，实现了数倍于单个激光器10功率的高功率光源。通过耦合阵列40使得输出的M束激光可以耦合进入所述光芯片50中，突破了单路耦合通道的最大功率限制，提高了进入光芯片50的总光功率。
可选的，如图2所示，所述分束器20可以包括至少一个一分二波导21。N的取值与所述分束器20中的一分二波导21的数量有关，可选的，N的取值可以为2、4、6等，本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。
可选的，如图3所示，所述光放大阵列30包括N个半导体光放大器31，N个所述半导体光放大器31与N束所述子激光一一对应；
所述半导体光放大器31，用于将与所述半导体光放大器31对应的子激光进行光功率放大。
在本实施例中，N个半导体光放大器31构成阵列半导体光放大器。半导体光放大器31(Semiconductor Optical Amplifier，SOA)的原理与掺稀土光纤放大器相似但也有不同，其放大特性主要取决于有源层的介质特性和激光腔的特性。
半导体光放大器31的光放大原理虽然也是基于粒子数反转放大发光，但是发光的媒介是非平衡载流子，即电子空穴对而非稀有元素。
在图3中以N＝4为例进行说明，在本申请的其他实施例中，N还可以等2(如图4所示)或6(如图5所示)等，本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。
可选的，如图6所示，所述耦合阵列40包括多个耦合结构41，所述耦合结构41用于将X束所述待耦合激光耦合为一束所述输出激光，X为大于或等于1，且小于或等于N的正整数。
其中，所述耦合结构41包括垂直耦合结构或直接耦合结构。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述耦合结构41还可以包括其他耦合方式的耦合结构，本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。
可选的，在本申请的一个实施例中，所述激光器10、分束器20和所述光放大阵列30封装在一片晶圆上，所述耦合阵列40和所述光芯片50封装在另一片晶圆上。
在本实施例中，所述激光器10、分束器20和光放大阵列30封装在一片晶圆上，作为一颗芯片，所述耦合阵列40和所述光芯片50封装在另一片晶圆上，作为另一颗芯片。
可选的，在本申请的另一个实施例中，所述激光器10和所述分束器20封装在一片晶圆上，所述光放大阵列30封装在另一片晶圆上，所述耦合阵列40和所述光芯片50封装在又一片晶圆上。
在本实施例中，所述激光器10、所述光放大阵列30和所述光芯片50分别封装在不同的晶圆上，即各自封装为一颗芯片。
可选的，在本申请的又一个实施例中，所述激光器10、所述分束器20、所述光放大阵列30、所述耦合阵列40和所述光芯片50封装在同一片晶圆上。
在本实施例中，所述激光器10、所述光放大阵列30和所述光芯片50封装在同一片晶圆上，即所述激光器10、所述光放大阵列30和所述光芯片50封装为一颗芯片。
不同的封装方式使得所述采用阵列半导体光放大器实现的光源可适用于不同的应用场景，且其中将某一或某些结构封装在一片晶圆上的方式可大大减小整个采用阵列半导体光放大器实现的光源的体积和成本，减小了耦合封装的难度，具备很强的实用价值。
下面对本申请实施例提供的光耦合方法进行描述，下文描述的光耦合方法可与上文描述的采用阵列半导体光放大器实现的光源相互对应参照。
相应的，本申请实施例还提供了一种光耦合方法，如图7所示，包括：
S101：提供待处理激光；
S102：对所述待处理激光进行分束，以获得N束子激光；
S103：分别对N束所述子激光进行放大，以获得N束待耦合激光；
S104：将N束所述待耦合激光耦合为M束输出激光，M为小于或等于N的正整数。
综上所述，本申请实施例提供了一种采用阵列半导体光放大器实现的光源及光耦合方法，其中，所述采用阵列半导体光放大器实现的光源利用分束器20对激光器10的待处理激光进行分束，并利用光放大阵列30对分束获得的N束子激光进行分别放大，最后利用耦合阵列40将N束所述待耦合激光耦合为M束输出激光向光芯片50传输，突破了激光器10输出的待处理激光的光功率较小，以及单路耦合通道能够传输的光功率较小的限制，实现了为光芯片50提供高光功率的输出激光的目的。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的较佳实施例及所运用技术原理，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明专利的保护范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种采用阵列半导体光放大器实现的光源，其特征在于，包括：
激光器，所述激光器用于输出待处理激光；
分束器，所述分束器用于将所述待处理激光分为N束子激光；
光放大阵列，用于对N束所述子激光进行分别放大，以获得N束待耦合激光；N为大于1的正整数；
耦合阵列，用于将N束所述待耦合激光耦合为M束输出激光，M为小于或等于N的正整数；
光芯片，用于接收M束所述输出激光。
2.根据权利要求1所述的采用阵列半导体光放大器实现的光源，其特征在于，所述分束器包括至少一个一分二波导。
3.根据权利要求1所述的采用阵列半导体光放大器实现的光源，其特征在于，所述光放大阵列包括N个半导体光放大器，N个所述半导体光放大器与N束所述子激光一一对应；
所述半导体光放大器，用于将与所述半导体光放大器对应的子激光进行光功率放大。
4.根据权利要求1所述的采用阵列半导体光放大器实现的光源，其特征在于，所述耦合阵列包括多个耦合结构，所述耦合结构用于将X束所述待耦合激光耦合为一束所述输出激光，X为大于或等于1，且小于或等于N的正整数。
5.根据权利要求4所述的采用阵列半导体光放大器实现的光源，其特征在于，所述耦合结构包括垂直耦合结构或直接耦合结构。
6.根据权利要求1所述的采用阵列半导体光放大器实现的光源，其特征在于，所述激光器、分束器和所述光放大阵列封装在一片晶圆上，所述耦合阵列和所述光芯片封装在另一片晶圆上。
7.根据权利要求1所述的采用阵列半导体光放大器实现的光源，其特征在于，所述激光器和所述分束器封装在一片晶圆上，所述光放大阵列封装在另一片晶圆上，所述耦合阵列和所述光芯片封装在又一片晶圆上。
8.根据权利要求1所述的采用阵列半导体光放大器实现的光源，其特征在于，所述激光器、所述分束器、所述光放大阵列、所述耦合阵列和所述光芯片封装在同一片晶圆上。
9.一种光耦合方法，其特征在于，包括：
提供待处理激光；
对所述待处理激光进行分束，以获得N束子激光；
分别对N束所述子激光进行放大，以获得N束待耦合激光；
将N束所述待耦合激光耦合为M束输出激光，M为小于或等于N的正整数。
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