CN1737674A - 一种钳制滤波半导体光放大器 - Google Patents

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Abstract

一种钳制滤波半导体光放大器，属于半导体光电器件，针对目前半导体光放大器线性特性和噪声特性有待改善的现状，有效改善对光信号放大的线性特性和噪声特性，具有增益钳制和滤波功能。本发明波长为W3的待放大光信号由输入光纤输入，经中心波长为W1的反射滤波器进入中心波长为W2的半导体光放大器芯片并得到放大，然后经由中心波长为W3的透射滤波器和输出光纤输出放大的光信号。本发明钳制激光功率与信号光功率成反比，形成对信号光功率的自动控制；透射滤波器只允许信号光通过，可有效滤除放大的自发辐射光和钳制光；集光放大、增益钳制和滤波于一体，工艺环节减少，体积减小、生产成本可以大大降低。

Description

一种钳制滤波半导体光放大器
技术领域
本发明属于半导体光电器件，具体涉及一种半导体光放大器，具有增益钳制和滤波功能。
背景技术
半导体光放大器是实现高速率、大容量、长距离光纤通信系统的关键器件，其结构简单，不像光纤放大器那样需要多次的能量转化，电光效率高，成本低廉。半导体光放大器增益介质为半导体材料，采用注入电流的方式对输入的光信号进行放大，其放大波长取决于半导体材料类型和组分。常见半导体光放大器的主要部分由输入光纤、半导体光放大器芯片以及输出光纤所组成，如中国发明专利“一种行波半导体激光放大器(TW-SLA)”(申请号：89100984)，其增益会随着注入信号光功率的增加而出现增益饱和现象，即放大器增益随输入信号光功率的线性变差，这样限制了半导体光放大器在光信号放大领域的应用。此外，半导体光放大器的噪声大，导致光信号经过放大器放大后信噪比劣化严重。
发明内容
本发明提出一种钳制滤波半导体光放大器，针对目前半导体光放大器线性特性和噪声特性有待改善的现状，有效改善对光信号放大的线性特性和噪声特性，它同时具有结构紧凑和低成本的优点。
本发明的一种钳制滤波半导体光放大器，包括输入光纤、半导体光放大器芯片、输出光纤，所述的半导体光放大器芯片包括衬底、缓冲层、上包层、有源区、下包层、欧姆接触层，芯片的顶层和底层分别为上、下金属电极层并分别具有上、下电极；其特征在于：
(1)光信号由输入光纤输入，经反射滤波器进入半导体光放大器芯片并得到放大，然后经由透射滤波器和输出光纤输出放大的光信号；所述反射滤波器、半导体光放大器芯片和透射滤波器构成有源谐振腔，形成增益钳制激光；
(2)所述半导体光放大器芯片中心波长为W2，其前端面和后端面具有近似等于1的透射率，且增益谱波长范围包含W1和W3，增益谱的中心波长位于光纤通信850nm，1310nm，1550nm三个窗口中的任意一个内；
(3)所述反射滤波器中心波长为W1；所述透射滤波器是中心波长为W3的窄带光滤波器，只允许波长为W3的信号光通过；
波长W1，W2，W3的取值范围同在常见的三个光纤通信窗口850nm，1310nm，1550nm中的任意一个内。
所述的一种钳制滤波半导体光放大器，其特征在于所述反射滤波器在波长W1处，具有不等于1的适当反射率，在波长W3处具有近似等于1的透射率，且波长W1尽量远离W2；所述透射滤波器在波长W1处，具有近似等于1的反射率，在波长W3处具有近似等于1的透射率，且波长W3尽量远离W1、靠近W2。
所述的一种钳制滤波半导体光放大器，所述的反射滤波器，可以由光纤光栅所构成；所述的透射滤波器，可以由干涉滤光片或者光纤光栅所构成。
本发明具有以下优点：第一，其钳制激光功率与信号光功率成反比，形成对信号光功率的自动控制。第二、透射滤波器只允许信号光通过，可有效滤除放大的自发辐射光和钳制光。第三，集光放大、增益钳制和滤波于一体，工艺环节减少，体积减小、生产成本可以大大降低。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图；
图2为本发明的一个应用示例图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做详细说明。
图1是本发明的一种结构示意图。它是一种钳制滤波半导体光放大器，由输入光纤1、中心波长为W1的反射滤波器2、中心波长为W2的半导体光放大器芯片4以及中心波长为W3的透射滤波器6和输出光纤7构成。反射滤波器2在波长W1处，具有不等于1的适当反射率，在波长W3处具有近似等于1的透射率；且波长W1尽量远离W2。透射滤波器4在波长W1处，具有近似等于1的反射率，在波长W3处具有近似等于1的透射率；且波长W3尽量远离W1、靠近W2。半导体光放大器芯片的前端面3和后端面5具有近似等于1的透射率，且增益谱波长范围包含W1和W3。
在具体应用中，待放大光信号波长应设为W3，由输入光纤1输入，经反射滤波器2进入半导体光放大器芯片4并得到放大，然后经由透射滤波器6和输出光纤7输出放大的光信号。
反射滤波器2、半导体光放大器芯片4以及透射滤波器6构成有源谐振腔，形成增益钳制激光，其钳制激光功率与信号光功率成反比，形成对信号光功率的自动控制，有助于改善半导体光放大器的线性特性。
透射滤波器6是一个窄带光滤波器，只允许波长为W3的信号光通过，对于放大的自发辐射光和钳制光则可以有效滤除，有助于改善半导体光放大器的噪声特性。
图2是本发明的一个应用示例图。它是由本发明半导体光放大器BGF和输入光隔离器8、输出光隔离器9、电流驱动电路10以及温度控制电路11等组成的半导体光放大模块。其中，输入光隔离器8用于隔离光放大器BGF产生的钳制增益光和放大的自发辐射光，使之不会对于前端的光发送机产生不利的干扰；输出光隔离器9用于隔离后端反馈光对于光放大器BGF的干扰；电流驱动电路10为半导体光放大器BGF提供稳定的驱动电流；温度控制电路11为半导体光放大器BGF提供稳定的工作温度。
图1、图2对本发明所作的说明是描述性的而不是限定性的，比如图1中可利用光纤光栅将输入光纤与反射滤波器合二为一，或者将输出光纤与透射滤波器合二为一；又如图2中可根据需要采用一个或者两个光隔离器。

Claims (3)

1.一种钳制滤波半导体光放大器，包括输入光纤、半导体光放大器芯片、输出光纤，所述的半导体光放大器芯片包括衬底、缓冲层、上包层、有源区、下包层、欧姆接触层，芯片的顶层和底层分别为上、下金属电极层并分别具有上、下电极；其特征在于：
(1)光信号由输入光纤输入，经反射滤波器进入半导体光放大器芯片并得到放大，然后经由透射滤波器和输出光纤输出放大的光信号；所述反射滤波器、半导体光放大器芯片和透射滤波器构成有源谐振腔，形成增益钳制激光；
(2)所述半导体光放大器芯片中心波长为W2，其前端面和后端面具有近似等于1的透射率，且增益谱波长范围包含W1和W3，增益谱的中心波长位于光纤通信850nm，1310nm，1550nm三个窗口中的任意一个内；
(3)所述反射滤波器中心波长为W1；所述透射滤波器是中心波长为W3的窄带光滤波器，只允许波长为W3的信号光通过；
波长W1，W2，W3的取值范围同在常见的三个光纤通信窗口850nm，1310nm，1550nm中的任意一个内。
2.如权利要求1所述的一种钳制滤波半导体光放大器，其特征在于所述反射滤波器在波长W1处具有不等于1的适当反射率，在波长W3处具有近似等于1的透射率，且波长W1尽量远离W2；所述透射滤波器在波长W1处具有近似等于1的反射率，在波长W3处具有近似等于1的透射率，且波长W3尽量远离W1、靠近W2。
3.如权利要求1或2所述的钳制滤波半导体光放大器，其特征在于所述的反射滤波器由光纤光栅所构成；所述的透射滤波器由干涉滤光片或者光纤光栅所构成。
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