一种光调制放大芯片、光源芯片、光模块和相关方法与流程
本技术涉及光通信领域，尤其涉及一种光调制放大芯片、光源芯片、光模块和相关方法。
背景技术：
1、光时域反射仪(optical time domain reflectometer，otdr)和相干光时域反射仪(coherent otdr，c-otdr)通过探测反射光来实现光纤故障诊断。例如，通过向被测光纤发射光脉冲，光电探测器检测光纤中返回的瑞利散射及菲涅尔反射光的强度，得到被测光纤的长度及损耗等物理特性，并借助数据分析功能精确定位光路中的事件点及故障点。
2、现有技术采用半导体光放大器(semiconductor optical amplifier，soa)对激光器发射的连续光进行调制和放大得到光脉冲。但是，soa受限于其低饱和光功率和较大的电寄生参数，在实现较高增益的同时很难保证同时具有较高的输出光功率和较快的调制速度。
技术实现思路
1、本技术实施例提供了一种光调制放大芯片、光源芯片、光模块和相关方法，可以同时满足对输入光实现高增益放大、快速调制和高输出功率的需求。
2、第一方面，本技术实施例提供了一种光调制放大芯片。该光调制放大芯片包括：第一区域和第二区域。第一区域和第二区域共用同一衬底，第一区域与第二区域电隔离。第一区域靠近光调制放大芯片的光输入端，第二区域靠近光调制放大芯片的光输出端。第一区域中第一波导和第二区域中第二波导在光调制放大芯片的光传输方向上串连。第一区域中第一有源层的光限制因子大于第二区域中第二有源层的光限制因子。具体地，第一区域用于对第一波导中传输的光进行放大，第二区域用于对第二波导中传输的光同时进行放大和调制得到脉冲光。或者，第一区域用于对第一波导中传输的光同时进行放大和调制得到脉冲光，第二区域用于对第二波导中传输的脉冲光进行放大。
3、在该实施方式中，第一区域中第一有源层的光限制因子较高，有利于实现高增益。第二区域中第二有源层的光限制因子较小，具有高的饱和输出光功率，有利于实现高输出功率。因此，本技术提供的光调制放大芯片可以同时满足高增益放大和高输出功率的需求。应理解，在对光进行调制的区域中，在幅值为0的调制信号驱动下该区域会对光进行吸收，在幅值为1的调制信号驱动下该区域会对光进行放大，从而提升了脉冲光的关断比和光功率。另外，在第一区域对光进行放大且第二区域对光进行放大并调制的场景中，由于第一区域对光进行了放大，使得在第二区域中传输的光具有较高的增益。因此，第二区域仅需要实现较小增益，寄生参数减小，提高了第二区域对光的调制速率，产生窄脉宽的光脉冲。
4、在一些可能的实施方式中，第一区域与第二区域共用同一有源层。第一波导包括第一外延层，第二波导包括第二外延层。第一外延层的折射率大于第二外延层的折射率，因此，第一外延层可以提高第一区域的光场，增加第一有源层的光限制因子，从而实现第一有源层的光限制因子大于第二有源层的光限制因子。应理解，由于第一区域和第二区域共用同一有源层，该实施方式简化了制作工艺。
5、在一些可能的实施方式中，第一区域的第一无源波导层和第二区域的第二无源波导层位于衬底上，第一有源层位于第一无源波导层上，第二有源层位于第二无源波导层上。第一无源波导层的厚度小于第二无源波导层的厚度。和/或，第一无源波导层的折射率小于第二无源波导层的折射率。和/或，第一无源波导层与第一有源层之间的距离小于第二无源波导层与第二有源层之间的距离。应理解，通过这种方式可以使得第二无源波导层降低第二区域的光场，减少第二有源层的光限制因子，从而实现第一有源层的光限制因子大于第二有源层的光限制因子。并且，在该实施方式中，第一区域和第二区域也可以共用同一有源层，有利于简化制作工艺。
6、在一些可能的实施方式中，第一区域和/或第二区域包括光滤波结构。光滤波结构用于对光调制放大芯片中由放大和调制产生的放大自发辐射(amplified spontaneousemission，ase)光进行带通滤波，以滤除ase光。考虑到ase光实际并不需要用到，且ase光具有较大谱宽难以被吸收。因此，滤除ase光可以进一步提升脉冲光的关断比。
7、在一些可能的实施方式中，光滤波结构为啁啾光栅，啁啾光栅与光调制放大芯片的光传输方向之间的夹角大于0°且小于90°。也就是说，啁啾光栅与光传输方向既不平行也不垂直。采用这种设计方式可以防止反射光与光调制放大芯片的端面形成谐振腔，避免对光增益造成影响。
8、在一些可能的实施方式中，光滤波结构为多模干涉(multimode interference，mmi)波导，mmi波导与第一波导或第二波导串连。采用mmi波导的滤波方式只需要刻蚀宽波导，制作较为简单。
9、在一些可能的实施方式中，第一区域的第一电极用于加载直流电，第二区域的第二电极用于加载调制信号。或者，第一区域的第一电极用于加载调制信号，第二区域的第二电极用于加载直流电。
10、在一些可能的实施方式中，第一波导采用脊波导结构或掩埋异质结(buryheterogeneous，bh)结构，第二波导采用脊波导或bh结构，扩展了本方案的应用场景。
11、在一些可能的实施方式中，第一区域的第一电极与第二区域的第二电极之间通过设置凹槽以实现电隔离。
12、在一些可能的实施方式中，凹槽内注入有质子或惰性离子，以提高电隔离效果。
13、在一些可能的实施方式中，第一区域的第一电极与第二区域的第二电极之间注入有质子或惰性离子，提高了本方案的灵活性。
14、第二方面，本技术实施例提供了一种光源芯片。该光源芯片包括：激光器和如第一方面任一实施方式介绍的光调制放大芯片。激光器与光调制放大芯片集成在同一衬底上。光调制放大芯片用于对激光器发射的光进行调制和放大。
15、第三方面，本技术实施例提供了一种光模块。该光模块包括：激光器、驱动器和如第一方面任一实施方式介绍的光调制放大芯片。驱动器用于激光器发光，并驱动光调制放大芯片对对激光器发射的光进行调制和放大。
16、第四方面，本技术实施例提供了一种光模块。该光模块包括：驱动器和如第二方面介绍的光源芯片。驱动器用于驱动光源芯片中的激光器发光，并驱动光源芯片中的光调制放大芯片对对激光器发射的光进行调制和放大。
17、第五方面，本技术实施例提供了一种光的调制放大方法，该方法包括如下步骤。首先，获取光调制放大芯片的输入光。光调制放大芯片包括第一区域和第二区域，第一区域与第二区域电隔离。第一区域靠近光调制放大芯片的光输入端，第二区域靠近光调制放大芯片的光输出端。输入光在第一区域的第一波导和第二区域的第二波导中传输。第一区域中第一有源层的光限制因子大于第二区域中第二有源层的光限制因子。之后，对第一波导中传输的光进行放大，并对第二波导中传输的光同时进行放大和调制得到脉冲光。或者，对第一波导中传输的光同时进行放大和调制得到脉冲光，并对第二波导中传输的脉冲光进行放大。进而，输出脉冲光，脉冲光的关断比大于40db。
18、在一些可能的实施方式中，方法还包括：对光调制放大芯片中因放大和调制产生的ase光进行带通滤波，以将其滤除。其中，经过带通滤波后输出的脉冲光的关断比大于50db。
19、在一些可能的实施方式中，对第一波导中传输的光进行放大，并对第二波导中传输的光同时进行放大和调制得到脉冲光包括：通过在第一区域的第一电极加载直流电以对第一波导中传输的光进行放大，并通过在第二区域的第二电极加载调制信号以对第二波导中传输的光同时进行放大和调制得到脉冲光。对第一波导中传输的光同时进行放大和调制得到脉冲光，并对第二波导中传输的脉冲光进行放大包括：通过在第一区域的第一电极加载调制信号以对第一波导中传输的光同时进行放大和调制得到脉冲光，并通过在第二区域的第二电极加载直流电以对第二波导中传输的脉冲光进行放大。
20、本技术实施例提供的光调制放大芯片能够同时满足高增益放大和高输出功率的需求。应理解，在对光进行调制的区域中，在幅值为0的调制信号驱动下该区域会对光进行吸收，在幅值为1的调制信号驱动下该区域会对光进行放大，从而提升了脉冲光的关断比和光功率。另外，在第一区域对光进行放大且第二区域对光进行放大并调制的场景中，由于第一区域对光进行了放大，使得在第二区域中传输的光具有较高的增益。因此，第二区域仅需要实现较小增益，寄生参数减小，提高了第二区域对光的调制速率，产生窄脉宽的光脉冲。
技术特征：
1.一种光调制放大芯片，其特征在于，包括：共用同一衬底的第一区域和第二区域，所述第一区域与所述第二区域电隔离，所述第一区域靠近所述光调制放大芯片的光输入端，所述第二区域靠近所述光调制放大芯片的光输出端，所述第一区域中第一波导和所述第二区域中第二波导在所述光调制放大芯片的光传输方向上串连，所述第一区域中第一有源层的光限制因子大于所述第二区域中第二有源层的光限制因子；
2.根据权利要求1所述的光调制放大芯片，其特征在于，所述第一区域与所述第二区域共用同一有源层，所述第一波导包括第一外延层，所述第二波导包括第二外延层，所述第一外延层的折射率大于所述第二外延层的折射率。
3.根据权利要求1或2所述的光调制放大芯片，其特征在于，所述第一区域的第一无源波导层和所述第二区域的第二无源波导层位于所述衬底上，所述第一有源层位于所述第一无源波导层上，所述第二有源层位于所述第二无源波导层上；
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光调制放大芯片，其特征在于，所述第一区域和/或所述第二区域包括光滤波结构，所述光滤波结构用于对所述光调制放大芯片中由放大和调制产生的放大自发辐射ase光进行带通滤波。
5.根据权利要求4所述的光调制放大芯片，其特征在于，所述光滤波结构为啁啾光栅，所述啁啾光栅与所述光调制放大芯片的光传输方向之间的夹角大于0°且小于90°。
6.根据权利要求4所述的光调制放大芯片，其特征在于，所述光滤波结构为多模干涉mmi波导，所述mmi波导与所述第一波导或所述第二波导串连。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的光调制放大芯片，其特征在于，所述第一区域的第一电极用于加载直流电，所述第二区域的第二电极用于加载调制信号，或者，所述第一区域的第一电极用于加载调制信号，所述第二区域的第二电极用于加载直流电。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的光调制放大芯片，其特征在于，所述第一波导采用脊波导结构或掩埋异质结bh结构，所述第二波导采用脊波导结构或bh结构。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光调制放大芯片，其特征在于，所述第一区域的第一电极与所述第二区域的第二电极之间通过设置凹槽以实现电隔离。
10.根据权利要求9所述的光调制放大芯片，其特征在于，所述凹槽内注入有质子或惰性离子。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的光调制放大芯片，其特征在于，所述第一区域的第一电极与所述第二区域的第二电极之间注入有质子或惰性离子。
12.一种光源芯片，其特征在于，包括：激光器和如权利要求1至11中任一项所述的光调制放大芯片，所述激光器与所述光调制放大芯片集成在同一衬底上，所述光调制放大芯片用于所述对激光器发射的光进行调制和放大。
13.一种光模块，其特征在于，包括：激光器、驱动器和如权利要求1至11中任一项所述的光调制放大芯片，所述驱动器用于所述激光器发光，并驱动所述光调制放大芯片对所述对激光器发射的光进行调制和放大。
14.一种光模块，其特征在于，包括：驱动器和如权利要求12所述的光源芯片，所述驱动器用于驱动所述光源芯片中的激光器发光，并驱动所述光源芯片中的光调制放大芯片对所述对激光器发射的光进行调制和放大。
15.一种光的调制放大方法，其特征在于，包括：
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，对第一波导中传输的光进行放大，并对所述第二波导中传输的光同时进行放大和调制得到脉冲光包括：
技术总结
本申请实施例公开了一种光调制放大芯片、光源芯片、光模块和相关方法，可以同时满足对输入光实现高增益放大、快速调制和高输出功率的需求。光调制放大芯片包括：第一区域和第二区域，其中一个区域用于对光进行放大，另一个区域用于对光同时进行放大和调制。第一区域和第二区域共用同一衬底，第一区域与第二区域电隔离。第一区域靠近光调制放大芯片的光输入端，第二区域靠近光调制放大芯片的光输出端。第一区域中第一波导和第二区域中第二波导在光调制放大芯片的光传输方向上串连。第一区域中第一有源层的光限制因子大于第二区域中第二有源层的光限制因子。
技术研发人员：吴冀亮,程远兵,李彦波
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23