CN202127399U - 一种双环基直接调制光源系统 - Google Patents

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袁国慧
王卓然
许洁
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Abstract

本实用新型公开了一种双环基直接调制光源系统。本实用新型针对直接调制有源环形谐振腔光源的有限带宽以及频率啁啾的影响导致调制速度较低的问题而提出的，具体包括：两个有源环形谐振腔，一条耦合波导和一条输出波导，其中一个有源环形谐振腔为主有源环形谐振腔，另一个有源环形谐振腔为从有源环形谐振腔。本实用新型双环基光源系统以单片集成的方式，通过主有源环形谐振腔的输出光作为外部注入锁定从有源环形谐振腔，显著改善从有源环形谐振腔的动态高速调制特性，增加了从有源环形谐振腔的直接调制带宽，进而提高了直接调制有源环形谐振腔的光源调制速率。

Description

一种双环基直接调制光源系统
技术领域
本实用新型属于光子网络通信领域，涉及到其中的光源直接调制技术。 
背景技术
随着现代社会高速光网络的飞速发展，光子系统的微型化与集成化——光子集成回路(PIC，Photonics Integrated circuit)成为必然趋势，它可以用来实现未来超大容量、超快速率的Internet网络和高速集成光片上互联网络。而要达到这一目标，首先需要把电信号加载在光源发出的光束上，即使用电光调制技术。在现有的利用电光调制技术调制的光源系统中，有直接调制和间接调制两种方案。直接调制是通过直接改变半导体激光器的驱动电流来实现；而间接调制通过外部调制器实现，更适合于高速领域。 
环形谐振腔(RR，Ring Resonator)是近年来出现的一种光电子器件结构，它是利用光波导导引光场形成闭环，并放置一根或两根直波导通过消逝波实现与谐振腔模式的耦合。该结构易于制作、易于光子集成，在如光源、光分插复用器、滤波器、全光再生、波长变换与光信息处理等方面有着广泛的应用，其中也包括电光调制技术。因此基于RR器件结构的不同功能元件有利于在同一个衬底上实现单片集成全光互联网络。 
目前国内外研究者大多使用基于硅和聚合物材料的无源环形谐振腔(PRR，Passive Ring Resonator)来实现对光的间接调制。相比于PRR器件还需额外的光源器件单元而言，直接调制有源环形谐振腔(ARR，Active Ring Resonator)光源的方式可以变相的实现光源与调制器的单片集成，集成密度更高，成本更低，同时不需要集成光隔离器，因此结构更加简单。直接调制的激光器的调制速率由载流子与光子相互作用所产生的弛豫振荡频率所决定，通常小于20GHz，由于直接调制有源环形谐振腔光源的带宽以及频率啁啾的影响，调制速度尚无法与间接调制方式相比。 
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决有源环形谐振腔光源直接调制速率较低的问题，提出了一种双环基直接调制光源系统。 
本实用新型的技术方案是：一种双环基直接调制光源系统，包括：两个有源环形谐振腔，一条耦合波导和一条输出波导，其中一个有源环形谐振腔为主有源环形谐振腔，另一个有源环形谐振腔为从有源环形谐振腔；主有源环形谐振腔上的电极用于加载直流偏置电流，产生的输出光通过耦合波导作为从有源环形谐振腔外部的注入锁定信号，从有源环形谐振腔上的电极用于加载直流偏置电流和电调制信号，激射出来的调制光信号通过输出波导输出。 
进一步的，耦合波导为无源光波导。 
进一步的，输出波导为无源光波导。 
本实用新型的有益效果是：本实用新型双环基光源系统通过主有源环形谐振腔的输出光作为外部注入锁定从有源环形谐振腔的方式，显著改善从有源环形谐振腔的动态高速调制特性，增加了从有源环形谐振腔的直接调制带宽，进而提高了直接调制有源环形谐振腔(ARR)光源调制速率；同时通过利用ARR独特的方向双稳态特性可直接实现用于高速直接调制的单片集成双环激光器单元；由于MARR的注入光锁定使得SARR工作在逆时针方向，没有光反馈至MARR，能够实现无光隔离器的单片集成双环基系统。 
附图说明
图1是本实用新型双环基直接调制光源系统结构示意图。 
图2是本实用新型实施例的有源环形谐振腔的剖面示意图。 
附图标记说明：主有源环形谐振腔1，从有源环形谐振腔2，输出波导3，耦合波导4，电极5，直流偏置电流6，注入锁定信号7，直流偏置电流和电调制信号8，调制光信号9，SiO2 10 P contact 11、p-InGaAs 12、p-InP 13、n-InP 14、InP-Substrate 15、N contact16、Active layer(Quantum Well)17 
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本实用新型做进一步的说明。 
如图1所示，一种双环基直接调制光源系统，包括：两个有源环形谐振腔，一条耦合波导4和一条输出波导3，其中一个有源环形谐振腔为主有源环形谐振腔1(MARR，Master ARR)，另一个有源环形谐振腔为从有源环形谐振腔2(SARR，Slave ARR)；主有源环形谐振腔1上的电极5用于加载直流偏置电流6，产生的输出光通过耦合波导4作为从有源环形谐振腔2外部的注入锁定信号7，从有源环形谐振腔2上的电极5用于加载直流偏置电流和电调制信号8，激射出来的调制光信号9通过输出波导3输出。 
这里的耦合波导4和输出波导3为无源光波导。 
这里有源环形谐振腔的剖面示意图如图2所示，器件选择激光器常用的量子阱材料，包括，SiO2(二氧化硅)10P contact(P-接触层)11、p-InGaAs(p-铟镓砷)12、p-InP(p-磷化铟)13、n-InP(n-磷化铟)14、InP-Substrate(磷化铟衬底)15、N contact(N-接触层)16、Active layer(Quantum Well)(量子阱有源区)17。在双环形腔的电极分别加载直流偏置电流，对于主有源环形谐振腔1(MARR)当加载的电流超过阈值电流时，器件激射出光。此输出光作为SARR的外部注入光信号，具有改善调制器性能，降低频率啁啾的影响，提高从有源环形谐振腔2(SARR)直接调制带宽的作用。对于从有源环形谐振腔加载直流偏置电流和高速调制信号，使输出光强度随高速调制信号而变化，达到调制目的。 
通过在主有源环形谐振腔1(MARR)上下电极5加载直流偏置电流激射出光，利用消逝波横向耦合进耦合波导并进行传输至从有源环形谐振腔2(SARR)，此输出光作为从有源环形谐振腔的外部注入锁定信号7使其工作在逆时针方向，此外部注入锁定信号7有利于降低SARR的波长啁啾的影响，提高直接调制的带宽。由于ARR具有独特的方向双稳态特性，在方向双稳态区域其激射方向由偏置电流决定，或者顺时针方向激射(同时逆时针方向无光)，或者逆时针方向激射(同时顺时针方向无光)，同时外部光注入锁定也可以强制其工作在某一方向。当腔内光的相位与外部光的相位一致时，即可认为达到注入锁定。如图1所示，将双ARR直流偏置电流设置在双稳态区域，令其工作在逆时针方向，此时SARR顺时针方向没有光输出，因此没有光反馈至MARR；同时MARR逆时针出光，注入SARR并锁定之，SARR稳定的工作在逆时针方向。此方式可以成功的实现无隔离器的单片集成双激光器单元，显著改善SARR器件的高速调制特性，相当于同时单片集成了高速调制器。对SARR器件加载直流偏置电流和高速电调制信号使其工作在双稳态区，最后从有源环形谐振腔(SARR)的输出高速调制光信号耦合进输出波导激射出来。 
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。 

Claims (3)

1.一种双环基直接调制光源系统，其特征在于，包括：两个有源环形谐振腔，一条耦合波导和一条输出波导，其中一个有源环形谐振腔为主有源环形谐振腔，另一个有源环形谐振腔为从有源环形谐振腔；主有源环形谐振腔上的电极用于加载直流偏置电流，产生的输出光通过耦合波导作为从有源环形谐振腔外部的注入锁定信号，从有源环形谐振腔上的电极用于加载直流偏置电流和电调制信号，激射出来的调制光信号通过输出波导输出。
2.根据权利要求1所述的双环基直接调制光源系统，其特征在于，所述的耦合波导为无源光波导。
3.根据权利要求1所述的双环基直接调制光源系统，其特征在于，所述的输出波导为无源光波导。
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CN102255230A (zh) * 2011-05-11 2011-11-23 电子科技大学 一种双环基直接调制光源系统
CN105190385A (zh) * 2013-03-13 2015-12-23 惠普发展公司，有限责任合伙企业 耦合环谐振系统

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