[發明專利]具有光開關作用的多段光放大耦合器

有效

• 申請號: 202110039320.8
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112886392B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 祝寧華;徐長達;劉澤秋;袁海慶
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/50
• 分類號: H01S5/50;H01S5/22;G02B6/12;G02B6/35
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本公開提供一種具有光開關作用的多段光放大耦合器，包括：襯底層；下限制層，設置于所述襯底層上；下波導層，設置于所述下限制層上；有源層，設置于所述下波導層上，用于產生光增益；上波導層，設置于所述有源層上；上限制層，設置于所述上波導層上，所述上限制層制備有脊波導組；絕緣層，設置于所述上限制層上及所述脊波導組的側壁；以及歐姆接觸層，設置于所述脊波導組上；其中，所述絕緣層和歐姆接觸層的表面設置有多段分立的P面電極，進行設定電流的注入后，形成具有輸入放大器段、耦合放大器段、以及輸出放大器段的光放大耦合器。

技術領域

本公開涉及通信技術領域，尤其涉及一種具有光開關作用的多段光放大耦合器。

背景技術

近年來，隨著光通信行業的蓬勃發展，光纖通信技術從最初的單波長的光時分復用發展到現在廣泛應用的多波長光波分復用，下一步的發展目標是建立起全光網絡，而光開關與光放大器是全光網絡的重要器件。光開關起著上下路信號和其他光路之間光互連的作用，控制著光路的通斷；光放大器主要作用是對輸入光進行放大，補償光在鏈路中的損耗，為光網絡提供能量補給。

光放大器主要分為摻鉺光纖放大器(EDFA)與半導體光放大器(SOA)，EDFA雖然對1.5um波段的信號放大具有顯著的優勢，但對于1.3um波段的光沒有放大能力，而SOA的增益波長可以通過調整有源層組分來控制，SOA還具有較大的增益帶寬，可以實現1.5um波段之外的光放大。因此，隨著全光網絡的不斷推進，未來整個通信系統必然會對SOA器件有著更高的需求。

現在國內外集成光開關主要有以下幾種類型，包括微機械系統(MEMS)，馬赫曾德干涉儀(MZI)、多模干涉耦合(MMI)、微環結構、定向耦合結構。MEMS光開關響應速度較慢，微環結構對于精度有較高的要求。MZI與MMI結構，功耗較大。上述光開關都是基于硅基材料，硅基波導與光纖在光耦合損耗很大，并且硅基材料對于通信波長很難起到放大補償的作用。

隨著光電集成器件的發展，光開關與光放大器同時出現在集成鏈路中的需求與日俱增。但現有通過鍵合工藝將分立片上器件集成在一起的方法，具有片上器件之間耦合損耗大，系統復雜度高，能耗大，體積大，可靠性低等缺點。

發明內容

(一)要解決的技術問題

基于上述問題，本公開提供了一種具有光開關作用的多段光放大耦合器，以緩解現有技術中通過鍵合工藝將分立片上器件集成在一起時使得片上器件之間耦合損耗大，系統復雜度高，能耗大，體積大，可靠性低等等技術問題。

(二)技術方案

本公開提供一種具有光開關作用的多段光放大耦合器，包括：襯底層；下限制層，設置于所述襯底層上；下波導層，設置于所述下限制層上；有源層，設置于所述下波導層上，用于產生光增益；上波導層，設置于所述有源層上；上限制層，設置于所述上波導層上，所述上限制層制備有脊波導組；絕緣層，設置于所述上限制層上及所述脊波導組的側壁；以及歐姆接觸層，設置于所述脊波導組上；其中，所述絕緣層和歐姆接觸層的表面設置有多段分立的P面電極，進行設定電流的注入后，形成具有輸入放大器段、耦合放大器段、以及輸出放大器段的光放大耦合器。

在本公開實施例中，所述脊波導組包括輸入脊波導，以及輸出脊波導。

在本公開實施例中，所述輸入放大器段和輸出放大器段中輸入脊波導和輸出脊波導之間不進行相互光耦合，為非耦合區。

在本公開實施例中，形成非耦合區的方式包括：擴大輸入脊波導和輸出脊波導之間的間距；或在輸入脊波導和輸出脊波導之間填充隔離層或吸收區。

在本公開實施例中，所述耦合放大器段的輸入脊波導和輸出脊波導通過縮小間距進行耦合。

在本公開實施例中，所述耦合放大器段通過在輸入脊波導和輸出脊波導之間設置一直波導進行耦合。