[实用新型]半导体调制激光放大器芯片

说明书

本实用新型公开了一种半导体调制激光放大器芯片，包括一单模半导体激光器、一电吸收调制器以及一半导体光放大器，所述激光器与所述调制器之间形成第一电隔离区；所述调制器与所述光放大器之间形成第二电隔离区；所述激光器的电极通过第一金线与外界的直流电源相连；所述调制器的电极通过第二金线与外界的交流电源相连；所述光放大器的电极与所述激光器的电极连接；所述激光器、调制器、光放大器和第一电隔离区、第二电隔离区位于同一半导体衬底上。本实用新型可以在长距离高速率光信号传输的过程中，保证低啁啾的同时提高激光器的输出功率，并可使用背光对输出光功率进行监控。

技术领域

本实用新型涉及一种通信领域的芯片，具体涉及一种半导体调制激光放大器芯片。

背景技术

作为光通信信号源的高速半导体激光器是光通信的核心芯片。目前实现光信号的高速调制有两种：一种是直接调制，将高速电信号直接驱动半导体激光器实现调制光信号的输出；另一种是外调制，也就是将半导体激光器连续输出的光波通过外加的调制器实现高速调制的光信号输出。相较于直接调制激光器，外调制需要一个连续的激光器和另外一个调制器实现对光信号的高速调制。显然外调制的构成更复杂，成本远高于直接调制。但直接调制受限于激光器本身的啁啾效应和光纤的色散，一般只能用于短距离的高速光信号的传输。对于C波段10Gbit/s速率的高速光信号，一2般的传输距离受限在10km左右。而外调制信号的啁啾远低于直接调制，可以实现长距离的信号传输。因此，对于长距离的信号传输，首选外调制。

实现外调制的途径主要有两种：一是利用分立的连续激光器和调制器，激光器输出的连续光通过光波导(一般是光纤)耦合到调制器。该方法可以充分优化分立的激光器和调制器的性能，达到最佳的光信号传输效果。但实现这种方法的光信号源体积大，制造成本高。二是在半导体材料上单片集成连续半导体激光器和调制器，直接实现集成的调制激光器光源。该方法利用半导体工艺，可以实现高速调制激光器的大批量生产，成本和体积远低于分立方法制造的外调制激光器。而用于集成的外调制激光器有两种，一种是基于半导体材料吸收随外加电场变化效应的电吸收调制激光器；另一种是基于半导体材料电光效应的马赫-曾德尔调制激光器。前者由于其更小的体积，低的调制电压和低的制造成本，是目前集成外调制激光器的主流方案，广泛用于40km/80km 10Gbit/s以上长距离光信号的传输。

长距离光信号的传输主要受限于光信号的啁啾和功率。低的啁啾可以减小光信号在光纤中的传输由于光纤色散产生的畸变；高的光功率可以补偿光纤损耗带来的信号的衰减，从而实现长距离信号传输。但对于电吸收调制激光器，同时实现低的啁啾和高的光功率是矛盾的。这是因为低的啁啾需要调制器的吸收峰接近激光器的波长，因此调制器对激光器输出的光有一个大的吸收从而降低了电吸收调制激光器的输出光功率。为增加电吸收调制激光器的功率，一般可以在调制器后面再集成一个半导体光放大器。但该方法需要增加一个直流驱动电源，另外在封装上也需要增加一个引脚来驱动放大器，因此需要定制与目前大量使用的标准元器件不同的元件和电路，增加了器件和模块的制造成本和复杂性。此外，传统的电吸收激光器是使用激光器的背光对激光器的输出功率进行监控，但当加上一个单独驱动的放大器后，因为激光器和放大器是由两个独立工作的电流源驱动的，而通过放大器后的光功率是由激光器和放大器共同作用产生的，而传统背光监控只能反馈调整激光器的驱动电流，不调整放大器的驱动电流，因此传统的背光监控不再可行，而前光监控大大增加了封装的成本。

现有的电吸收调制激光器如图1所示，包括一个单模激光器1、一个调制器2、位于激光器1与调制器2之间的电隔离区4、连接激光器1的第一电极6、连接调制器2的第二电极7；当电吸收调制激光器封装时，需要金属线6w连接激光器第一电极6与封装的管脚(图1中未显示)，从而使外加的直流DC电流可以通过金属线6w驱动激光器1发出连续的激光；金属线7w则连接调制器第二电极7与封装的高速信号线(图1中未显示)，从而使高速交流电信号AC通过金属线7w改变调制器2的吸收，实现对从激光器1输出的连续激光的高速调制。