CN1779545A

CN1779545A - 基于电吸收调制器光开关技术产生超短光脉冲的方法

Info

Publication number: CN1779545A
Application number: CN 200410094766
Authority: CN
Inventors: 潘教清; 赵谦; 王圩
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2004-11-18
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2006-05-31

Abstract

一种基于电吸收调制器光开关技术产生超短光脉冲的方法，包括如下步骤：采用选择区域生长法将分布反馈激光器与两级联双电吸收调制器在磷化铟衬底上进行单片集成；将分布反馈激光器与两级联双电吸收调制器单片集成器件芯片烧结在导电性能良好的热沉上，引出电极；将烧结在热沉上的芯片焊在测试和校准用金属底板上；将阻抗匹配的微带线焊接在金属底板上；将高频正弦调制信号通过阻抗匹配的微带线加至一电吸收调制器或另一电吸收调制器的高频电极上；为进一步压缩脉冲宽度，将同一高频正弦调制信号通过相位延迟装置加载至两个电吸收调制器的高频电极上。

Description

基于电吸收调制器光开关技术产生超短光脉冲的方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是涉及一种基于电吸收调制器光开关技术产生超短光脉冲的方法。

背景技术

光时分复用(OTDM)是克服光、电器件瓶颈，实现超高速光纤通信的有效途径之一。高重复率变换极限超短光脉冲的产生是光孤子通信和光时分复用通信的关键技术之一。目前，用于OTDM的光源主要有4种：锁模光纤激光器、半导体锁模激光器、增益开关半导体激光器和分布反馈半导体激光器/电吸收调制器组合光源。其中，分布反馈半导体激光器/电吸收调制器组合光源具有简单的单一正弦电信号驱动、输出波形接近孤子脉冲(sech²)、高速、低啁啾、插损小、可电调谐等优点而得到广泛关注。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于电吸收调制器光开关技术产生超短光脉冲的方法，该方法大大降低了插入损耗，并可以通过改变外加调制高频信号方便地改变超短光脉冲的重复率，提高了系统灵活性。同时，为了减少工艺复杂性，降低成本，本发明采用选择区域生长(SAG)方法，将DFB与级联双EAM在InP衬底上单片集成，DFB和级联双EAM的有源区以及波导层均在一次外延生长中完成，避免了采用对接方法制备器件时因对接不准引起的光场泄漏和损耗，同时也降低了脉冲啁啾，能获得更窄的脉冲宽度。

本发明一种基于电吸收调制器光开关技术产生超短光脉冲的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：采用选择区域生长法将分布反馈激光器与两双电吸收调制器在磷化铟衬底上进行单片集成，首先，在磷化铟衬底上外延生长n型磷化铟缓冲层，接着采用选择区域生长法将集成器件的多量子阱有源区20一次外延生长出来，并在有源区上的上波导层刻制光栅，随后，外延生长光限制层、电接触层，并在分布反馈激光器与两双电吸收调制器之间刻制电隔离深沟，接下来蒸镀p面电极、n面电极；

步骤2：将分布反馈激光器与两级联双电吸收调制器单片集成器件芯片烧结在导电性能良好的热沉上，并从分布反馈激光器、两双电吸收调制器压焊上金丝，引出电极，以方便测试中加载驱动电流、偏置电压和高频正弦调制信号；

步骤3：将烧结在热沉上的芯片焊在测试和校准用金属底板上；

步骤4：将阻抗匹配的微带线焊接在金属底板上；

步骤5：将高频正弦调制信号通过阻抗匹配的微带线加至一电吸收调制器或另一电吸收调制器的高频电极上，本方法主要基于电吸收调制器的高非线性透过率特性的光开关技术，在外加反向偏置电压下，电吸收调制器透过率产生非线性响应，并且在高频正弦调制信号的同时作用下，即可得到超短光脉冲；

步骤6：为进一步压缩脉冲宽度，将同一高频正弦调制信号通过相位延迟装置加载至两个电吸收调制器的高频电极上。

其中采用选择区域外延生长法将铟镓砷磷多量子阱有源区的分布反馈激光器与两级联双电吸收调制器集成在同一磷化铟衬底上，有源区厚度为80～100nm，带隙波长为1.54～1.56μm，光栅做在有源区上的上波导层，周期为240nm。

其中光从分布反馈激光器进入两电吸收调制器，由于两电吸收调制器的高非线性透过率特性满足如下方程：

I＝I₀exp{-(V/V₀)ⁿ}

式中，I是经过两电吸收调制器中的一个调制后的输出光强度；I₀是从分布反馈激光器输出的、进入两电吸收调制器的光强度；V是加载在电吸收调制器上的反向偏置电压；V₀是当电吸收调制器的消光效率为1/e时加在电吸收调制器上的反向偏置电压；n是常数，对于多量子阱结构的电吸收调制器，n为1-4。

使从分布反馈激光器激射的光信号连续两次通过高非线性透过率的两电吸收调制器，并将高频正弦调制信号通过相位延迟装置同时加载在两级联双电吸收调制器上，使彼此间的高频信号产生一定的相位延迟，通过调谐相对相位延迟，可改变输出光脉冲宽度。

本发明的主要特点是：

1、将多量子阱分布反馈激光器(DFB)10与级联双电吸收调制器(EAM)11、12在同一磷化铟(InP)16衬底上进行单片集成，进一步减小了啁啾和插入损耗；

2、本产生超短光脉冲的方法是基于EAM的高非线性透过率特性的光开关技术，其输出脉冲啁啾较小、脉冲宽度在一定范围内可调谐，提高了系统的稳定性和灵活性；

3、本方法采用DFB10与级联双EAM11、12组合方式，只需简单的单一高频正弦调制电信号50驱动，脉冲重复率即等同于正弦调制速率，且其驱动电压低，能有效降低光放大系统的自发辐射噪音积累；

本方法提出了采用级联双EAM11、12产生超短光脉冲的新方案，即使光信号连续两次通过EAM11、12，因此进一步减小了脉冲序列占空比，压缩了脉冲宽度；同时通过调谐外加高频正弦调制信号，使级联双EAM11、12间产生相位延迟，可进一步压缩脉冲宽度，提高了系统的灵活性。

附图说明

为了进一步说明本发明的内容，以下结合附图和具体实例对本发明作详细的描述如后，其中：

图1为分布反馈激光器10与级联双电吸收调制器11、12单片集成器件内部结构示意图；

图2为分布反馈激光器10与级联双电吸收调制器11、12单片集成器件烧结示意图；

图3为计算得到的电吸收调制器11或12在高频正弦调制信号50调制下的输出波形；

图4为计算得到的电吸收调制器11或12的消光效率与输出脉冲波形；

图5a为级联双电吸收调制器11、12产生超短光脉冲的实验装置示意图；

图5b为级联双电吸收调制器11、12产生超短光脉冲的原理示意图；

图6为级联双电吸收调制器11、12的输出脉冲宽度与相对相位延迟的关系。

具体实施方式

请参阅附图，本发明一种基于电吸收调制器光开关技术产生超短光脉冲的方法，该方法包括如下步骤：

1)采用选择区域生长法将分布反馈激光器10与两双电吸收调制器11、12在磷化铟衬底16上进行单片集成，首先，在磷化铟衬底16上外延生长n型磷化铟缓冲层15，接着采用选择区域生长法将集成器件的多量子阱有源区20一次外延生长出来，并在有源区20上的上波导层刻制光栅19，随后，外延生长光限制层14、电接触层13，并在分布反馈激光器10与两双电吸收调制器11、12之间刻制电隔离深沟，接下来蒸镀p面电极18、n面电极17，本征铟镓砷磷(InGaAsP)多量子阱有源区20厚度为80～100nm，光栅19做在有源区上的上波导层，周期为240nm；这样的器件结构设计可以保证各个器件间不至于因为对接不准而出现光场泄漏的现象，使得系统结构更加紧凑、性能更加稳定。集成器件结构如图1所示；

2)将分布反馈激光器(DFB)10与级联双电吸收调制器(EAM)11、12单片集成器件芯片烧结在导电性能良好的热沉21上，并从分布反馈激光器(DFB)10、双电吸收调制器(EAM)11、12压焊上金丝，引出电极，以方便测试中加载驱动电流、偏置电压52和高频正弦调制信号50，集成器件芯片烧结示意图如图2所示，在本发明中采用的是导电性能优良的铜热沉21，热沉21底面接地，本烧结方式简单、可靠，对管芯性能无不良影响；

3)将烧结在热沉21上的芯片焊在测试和校准用金属底板上；

4)将阻抗匹配的微带线焊接在金属底板上；

5)将高频正弦调制信号50通过阻抗匹配的微带线加至电吸收调制器(EAM)11或电吸收调制器(EAM)12的高频电极上，本方法主要基于EAM的高非线性透过率特性的光开关技术，在外加反向偏置电压52下，EAM 11或12透过率产生非线性响应，并且在高频正弦调制信号50的同时作用下，即可得到超短光脉冲53；

光从分布反馈激光器10进入电吸收调制器11或12，由于电吸收调制器11或12的高非线性透过率特性满足如下方程：

I＝I₀exp{-(V/V₀)ⁿ}

式中，I是经过两电吸收调制器11或12调制后的输出光强度；I₀是从分布反馈激光器10输出的、进入两电吸收调制器11或12的光强度；V是加载在电吸收调制器上1或12的反向偏压52；V₀是当电吸收调制器11或12的消光效率为1/e时加在电吸收调制器11或12上的反向偏压52；n是常数，对于多量子阱结构的电吸收调制器，n为1-4。计算得到的在高频正弦调制信号50调制下EAM 11或12输出的波形如图3所示，从图中可以看出，经过EAM 11或12吸收后的窄脉冲波形接近sech²孤子波形，说明输出的脉冲是符合OTDM系统应用要求的；同时从上式可知，EAM的11或12消光效率对产生的脉冲宽度有重要影响，计算得到的EAM 11或12消光效率与输出波形间的关系如图4所示，说明通过优化器件设计，提高EAM 11或12消光效率，也可以减小脉冲宽度，这为进一步优化器件结构、提高系统容量和灵活性提供了可能；

6)为了进一步压缩脉冲宽度，可将同一高频正弦调制信号50通过相位延迟装置51加载至两个EAM 11、12的高频电极上，本方法提出了采用级联双EAM 11、12产生超短光脉冲的新方案，即使光信号连续两次通过EAM 11、12，因此进一步减小了脉冲序列占空比，压缩了脉冲宽度；实验装置如图5a所示，级联EAM 11、12产生超短光脉冲的原理如图5b所示；同时通过相位延迟装置51调节外加高频正弦调制信号50，使级联双电吸收调制器(EAM)11、12间产生相位延迟，可进一步压缩脉冲宽度，输出满足OTDM系统要求的皮秒级超短光脉冲，提高了系统的灵活性，计算得到的级联EAM 11、12输出的脉冲宽度与相对相位延迟的关系如图6所示，可以看出，相位延迟在一定范围内减小时，输出脉冲宽度也线性减小，这意味着可以方便的通过调谐外电路来进一步减小脉冲宽度，提高了系统应用的灵活性。；

本发明是一种用于光时分复用(OTDM)传输与网络系统的基于电吸收调制器光开关技术产生超短光脉冲的方法，只需要一次选择区域外延生长将半导体分布反馈激光器(DFB)与级联双电吸收调制器(EAM)集成在同一磷化铟衬底上，本方法利用EAM的高非线性透过率特性的光开关技术，使光信号连续两次通过EAM，并同时在级联双EAM上加载高频正弦调制信号，通过延时电路使两个EAM上的高频信号产生相位延迟，进一步压缩了输出脉冲宽度，这种方法大大降低了插入损耗，减小了脉冲啁啾，可产生接近孤子脉冲波形(sech²)的时域波形，并可通过调节级联双EAM之间的相位延迟在一定范围内方便地改变输出的脉冲宽度，提高了系统灵活性。

Claims

1、一种基于电吸收调制器光开关技术产生超短光脉冲的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤4：将阻抗匹配的微带线焊接在金属底板上；

2、根据权利要求1所述的基于电吸收调制器光开关技术产生超短光脉冲的方法，其特征在于，其中采用选择区域外延生长法将铟镓砷磷多量子阱有源区的分布反馈激光器与两级联双电吸收调制器集成在同一磷化铟衬底上，有源区厚度为80～100nm，带隙波长为1.54～1.56μm，光栅做在有源区上的上波导层，周期为240nm。

3、根据权利要求1所述的基于电吸收调制器光开关技术产生超短光脉冲的方法，其特征在于，其中光从分布反馈激光器进入两电吸收调制器，由于两电吸收调制器的高非线性透过率特性满足如下方程：

I＝I₀exp{-(V/V₀)ⁿ}

4、根据权利要求1所述的基于电吸收调制器光开关技术产生超短光脉冲的方法，其特征在于，使从分布反馈激光器激射的光信号连续两次通过高非线性透过率的两电吸收调制器，并将高频正弦调制信号通过相位延迟装置同时加载在两级联双电吸收调制器上，使彼此间的高频信号产生一定的相位延迟，通过调谐相对相位延迟，可改变输出光脉冲宽度。