[發明專利]高重頻多波長超短脈沖的鎖模光子集成芯片的設計方法及產品和應用

有效

• 申請號: 202011166148.4
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112366522B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 熊婉姝;吉晨
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01S5/50
• 分類號: H01S5/50;H03M1/12;G02B6/12
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 曹兆霞

本發明公開了一種高重頻多波長超短脈沖的鎖模光子集成芯片的設計方法及產品和應用，包括：半導體光放大器陣列，為N個波長的通道提供增益；相位延遲線陣列，包含不同長度的相位延遲線，分別補償各波長通道的增益光由于色散效應帶來的不同有效光程差；平坦化的陣列波導光柵，對經過有效光程差補償的增益光進行多路復用，將N路光脈沖信號復用為1路光脈沖信號；飽和吸收體，并與陣列波導光柵形成N個獨立而又同步的不同波長鎖模光脈沖通道；半導體光放大器用于對所述飽和吸收體的輸出脈沖進行增益并輸出，具有體積小、質量輕、功耗低、穩定性高和耐電磁干擾的特點，能夠輸出高重頻多波長超短脈沖，可以完美應用于高速光子模數轉換器。

技術領域

本發明屬于化合物半導體光子集成技術領域，具體涉及一種高重頻多波長超短脈沖的鎖模光子集成芯片的設計方法及產品和應用。

背景技術

高重頻多波長半導體超短脈沖光子集成芯片可以完美的產生多路不同波長且同步的高速率光脈沖信號，通過波分復用(WDM)技術最終產生重復頻率高達100GHz、200GHz至N×100GHz的高質量光脈沖信號序列。該芯片可以為下一代100GHz繼而之后更高速的高速光子模數轉換器(ADC)系統中的核心光脈沖源提供一個高性能、小型化、低成本，可批量生產的理想芯片級解決方案。模數轉換器ADC的作用是將真實世界中連續變換的模擬信號轉換為計算機可以讀懂并處理的離散的數字信號的器件。ADC在現代通訊網絡系統中有著重要的地位，且其應用極度廣泛，如在雷達系統、高速高分辨率的圖像和視頻顯示、基站的接收機以及高性能傳輸器和控制器中等。

現如今的ADC多為傳統電學ADC，其受限于“電子瓶頸”只能處理帶寬不超過10GHz的信號，難以達到更高速度。隨著光電子技術的發展，光子ADC的概念被提出，其利用光子學超高帶寬的優勢克服電子ADC的抖動問題，突破當前技術瓶頸將ADC的性能拔高到新的水平。但是目前光子ADC都是基于分立器件實現，體積和功耗較大，系統的穩定性也隨之降低，極大地限制了光子ADC的應用。

目前，國際上已報道的產生多波長短脈沖光源的方案主要有用譜切割方式，或光纖鎖模激光器、外腔式主動鎖模激光器等。上述所有產生多波長脈沖的方法多數系統結構復雜、且需要諸多精密光學元件，體積龐大，價格昂貴，更重要的是難以達到高重頻的脈沖輸出，不是應用于光采樣電量化ADC的高重頻多波長光源的良選。國內對于多波長鎖模激光器的研究也一直在進行，但主要集中在光纖鎖模激光器。

半導體鎖模光子集成芯片因其結構緊湊、波長調諧靈活、工作高效等優點，近年來成為諸多科學工作者研究的熱點對象。如前文所說，由于目前光采樣電量化ADC都是基于分立器件實現，體積大、功耗高、系統的穩定性低，使得光子ADC的應用隨之受限。

目前，國內外對多波長半導體鎖模激光芯的研究已經取得了一定的成果。在2010年，英國格拉斯哥大學的Lianping Hou等人使用量子阱混雜(QWI)技術首次實現了四波長半導體鎖模激光器，但四通道的輸出頻率不完全一致。加州理工學院此前報道了由9個并行的碰撞鎖模激光器(CPM)構成的集成芯片，9個鎖模激光器只能獨立工作。總的來說，各方案具有諸多缺陷。

發明內容

本發明的目的是提供一種高重頻多波長超短脈沖的鎖模光子集成芯片的設計方法及產品，該鎖模光子集成芯片具有體積小、質量輕、功耗低、穩定性高和耐電磁干擾的特點，能夠輸出高重頻多波長超短脈沖。

本發明的另一目的是提供一種高重頻多波長超短脈沖的鎖模光子集成芯片作為高速光子模數轉換器的發射光源的應用。

為實現上述發明的，本發明提供的技術方案為：

第一方面，一種高重頻多波長超短脈沖的鎖模光子集成芯片的設計方法，設計所述鎖模光子集成芯片包括的部件有半導體光放大器陣列、相位延遲線陣列、陣列波導光柵、飽和吸收體以及半導體光放大器，相鄰部件之間通過無源波導連接；

其中，所述半導體光放大器陣列分別單獨為N個不同波長的通道提供增益，N為大于等于2的整數；