[发明专利]集成信号加载器的半导体光发射装置

说明书

技术领域

本发明属于物联网技术领域，具体涉及物联网中的光通信网络，尤其是一种集成有信号加载器的半导体光发射装置。

技术背景

物联网(将物体联接起来的网络被称为“物联网”)。进一步说，其是利用信息网络将各种信息传感设备，如射频识别RFID装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。

现有的信息网络中，绝大多数采用了光纤通信网络，即所谓的光网，其以光纤为传输媒质的通信方式。常规的光纤通信系统主要由光源、光纤和光检测器组成。光纤由纤芯和包层组成，有单模光纤和多模光纤两种。光源有半导体激光器和半导体发光二极管。光检测器有半导体光电二极管和半导体雪崩光电二极管。常规光纤通信系统的一般工作原理是在发送端对光源进行强度调制，已调制的光信号经光纤传输后，在接收端利用光检测器对光信号进行直接检测。因此，这种系统又称为“光强调制直接检测光纤通信系统”，现正得到广泛的应用。光纤的主要优点是传输信息容量大、传输距离长、重量轻、体积小、抗外界电磁干扰和经济等，广泛用于国际和国内干线通信系统、市内中继系统和各种局域网，并逐步向市内用户网领域发展。光纤通信真正得到发展始于1966年。此后，便以惊人的速度向前发展。到20世纪90年代初，光纤通信系统的实用化水平已为2448Mb/s系统，即一个单模光纤系统可开通35000个话路。今后的发展将是不断提高信息速率，采用各种新技术，如光纤通信复用技术、光纤放大器技术和光孤子技术等;发展新的通信系统，如光纤通信复用系统、光纤全光通信系统、相干光光纤通信系统和光孤子通信系统等;广泛使用光同步数字传输网;发展光纤用户网;实现宽带业务通信等。

在密集型波分多路复用(DWDM)系统的应用中，发射器波长必须锁定在国际电话联合会(ITU)网的ITU标准波长中的一个波长，以满足串扰规范，并确保系统在其寿命(约25年)内可靠运行。自由交易的分布式反馈(DFB)激光器的激光波长是由其内置DFB光栅和半导体波导的折射率所决定的，该激光波长以0.1nm/℃的速率随温度变化。图1示出了一个由Nortel Technology示范的波长锁定的DFB激光器，B.Villeneuve，H.B.Kim，M.Cyr和D.Gariepy等人在题为“A Compact Waveleugth Stabilization Scheme For TelecommunicationTransmitter”的文章中对此作了描述，Digest of the LEOS Summer TopicalMeeting，WDM Components Technol ogy，WD2，19-20，August 13-15，1997，Nontreal Quebec，Canada。一束略微发散的激光112通过法布里—珀罗滤波片或单腔多层电介质滤波器114，由两个间隔很近的、起着孔径作用的光探测器116进行探测。两个光探测器116离半导体激光源118的中心线等间距。因为滤波器114经对准用以控制和监测发射波长，所以每只光探测器116捕获到由发散激光源发出的总立体角中不同的但是重叠的中心部分。如图2所示，产生了两个不同的光谱响应，即根据其角差发生了波长偏移。运算放大器220用差值或鉴别信号222来控制散热器温度，以便把激光波长锁定到ITU波长或中心频率λ0。

图2示出了理想的情况，在这个情况中，两个响应之间的波长偏差粗略地等于其有效带宽，致使中心频率位于ITU波长的中心。但是，为了降低成本，希望去除在这种对波长锁定激光器进行温度控制的形式下用运算放大器220和光电二极管116作波长鉴别所需要的额外外部反馈部件，同时维持或改善温度可靠性。

示于图3和图4的滤波器锁定的外腔激光器已经在最近被提出和示范。这些激光器不需要反馈控制来监测波长，因为已被证明，由电介质制作的滤波器(诸如光纤光栅和多层电介质滤波器)的中心波长对温度的灵敏度(＜0.005nm/℃)小于DFB激光器中所用半导体光栅滤波器对温度的灵敏度。写在光纤中的反射型布喇格光栅建立了精确的激光波长。为布喇格光栅选ITU网中的一个频率。把该频率写入石英光纤的好处是：石英具有较小的热膨胀系数(约5×10-7/℃)，而通过温度补偿可以使谐振布喇格频率的变化忽略不计。