[發(fā)明專利]硅基片上集成半導(dǎo)體放大器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010594163.2
• 申請(qǐng)日: 2020-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN111650691B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張志珂;戴雙興;趙澤平;劉建國
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): G02B6/124
• 分類號(hào): G02B6/124;G02B6/12
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

1.一種硅基片上集成半導(dǎo)體放大器，其特征在于，包括：

模場調(diào)控器，采用聚合物材料，其上設(shè)計(jì)包括載物臺(tái)和相對(duì)于所述載物臺(tái)對(duì)向設(shè)置的至少一組光傳輸波導(dǎo)，每組光傳輸波導(dǎo)包括光輸入波導(dǎo)和光輸出波導(dǎo)，所述光輸入波導(dǎo)中包括垂直光輸入波導(dǎo)和水平光輸入波導(dǎo)，以及用于將所述垂直光輸入波導(dǎo)的光模場轉(zhuǎn)換至所述水平光輸入波導(dǎo)中的光輸入反射鏡，所述垂直光輸入波導(dǎo)的未連接至所述水平光輸入波導(dǎo)的一端為垂直光輸入波導(dǎo)端面，所述光輸出波導(dǎo)中包括水平光輸出波導(dǎo)和垂直光輸出波導(dǎo)，以及用于將所述水平光輸出波導(dǎo)的光模場轉(zhuǎn)換至所述垂直光輸出波導(dǎo)中的光輸出反射鏡，所述垂直光輸出波導(dǎo)的未連接所述水平光輸出波導(dǎo)的一端為垂直光輸出波導(dǎo)端面；

InP基半導(dǎo)體放大器，置于所述載物臺(tái)上，并具有光波導(dǎo)通路，所述光輸入波導(dǎo)的光經(jīng)所述光波導(dǎo)通路放大后傳輸至所述光輸出波導(dǎo)；

以及模斑變換器，采用聚合物材料，作為所述光輸入波導(dǎo)、所述光波導(dǎo)通路和所述光輸出波導(dǎo)之間的連接組件，實(shí)現(xiàn)所述InP基半導(dǎo)體光放大器和所述模場調(diào)控器的光模場轉(zhuǎn)換和模場耦合；

其中，所述硅基片上集成半導(dǎo)體放大器設(shè)置于硅基光子集成芯片上，所述硅基光子集成芯片上設(shè)置有波導(dǎo)輸入光柵和波導(dǎo)輸出光柵，所述垂直光輸入波導(dǎo)端面與所述波導(dǎo)輸入光柵相接觸，所述垂直光輸出波導(dǎo)端面與所述波導(dǎo)輸出光柵相接觸，用于實(shí)現(xiàn)將所述硅基光子集成芯片上的光信號(hào)通過所述波導(dǎo)輸入光柵耦合輸入至所述硅基片上集成半導(dǎo)體放大器中進(jìn)行光信號(hào)的放大處理，以及將放大后的光信號(hào)通過所述波導(dǎo)輸出光柵耦合輸出返回至所述硅基光子集成芯片中；所述模斑變換器包括內(nèi)部的模斑變換波導(dǎo)和外部的包層，所述模斑變換波導(dǎo)為采用激光直寫技術(shù)制備的三維尺寸漸變結(jié)構(gòu)的模斑變換波導(dǎo)，所述包層的厚度不小于四分之一的光波長，且所述包層的折射率小于所述模斑變換波導(dǎo)的折射率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基片上集成半導(dǎo)體放大器，其特征在于，所述模斑變換波導(dǎo)包括：

第一端面，與所述光波導(dǎo)通路的一端面相接觸，兩者間徑向偏差不超過1um，且所述第一端面的橫截面面積與所述光波導(dǎo)通路的端面面積一致，重疊不小于89％；

第二端面，與所述光傳輸波導(dǎo)的一端面相接觸，兩者間徑向偏差不超過1um，且所述第二端面的橫截面尺寸與所述光傳輸波導(dǎo)的端面尺寸一致，重疊不小于89％。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅基片上集成半導(dǎo)體放大器，其特征在于，所述模斑變換波導(dǎo)的三維形狀包括喇叭形、錐形、高斯形或任意可獲得最大耦合效率的結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅基片上集成半導(dǎo)體放大器，其特征在于，所述模斑變換器為功能可逆結(jié)構(gòu)，包括大模場到小模場的變換和小模場到大模場的變換。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基片上集成半導(dǎo)體放大器，其特征在于，所述光傳輸波導(dǎo)中設(shè)置反射鏡，形成垂直光傳輸波導(dǎo)和水平光傳輸波導(dǎo)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅基片上集成半導(dǎo)體放大器，其特征在于，所述垂直光傳輸波導(dǎo)包括相對(duì)于所述模場調(diào)控器底面呈82°～98°的光傳輸波導(dǎo)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅基片上集成半導(dǎo)體放大器，其特征在于，所述反射鏡的反射率不小于98％，反射角度為37°～53°，偏差不超過0.1度。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅基片上集成半導(dǎo)體放大器，其特征在于，所述水平光傳輸波導(dǎo)和所述垂直光傳輸波導(dǎo)的橫截面尺寸為9um±1um，誤差不超過0.2um。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基片上集成半導(dǎo)體放大器，其特征在于，所述硅基片上集成半導(dǎo)體放大器為功能可逆的對(duì)稱結(jié)構(gòu)包括在所述光輸入波導(dǎo)、所述光波導(dǎo)通路和所述光輸出波導(dǎo)中的光路可逆。