[发明专利]基于反向偏置PIN硅波导参量放大器

说明书

本发明公开一种基于反向偏置PIN硅波导参量放大器，包括可调谐激光器、泵浦激光器、反向偏置PIN硅波导、光耦合器和带通滤波器，所述可调谐激光器和泵浦激光器的输出端分别与光耦合器的输入端连接，所述光耦合器的输出端与反向偏置PIN硅波导的输入端连接，所述反向偏置PIN硅波导的输出端与带通滤波器连接；所述光耦合器将可调谐激光器发射的信号光及泵浦激光器发射的泵浦光进行耦合后注入反向偏置PIN硅波导中，所述信号光和泵浦光在反向偏置PIN硅波导中产生四波混频效应，所述反向偏置PIN硅波导的输出端输出有增益的信号光及闲频光。本发明具有高增益、结构简单的特点。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体装置，具体为一种基于反向偏置PIN硅波导参量放大器。

背景技术

在光放大器商用之前，信号传输都是依靠电信号。当需要对光信号传输时，需要在输入端通过光电探测器进行光电转换，之后电信号在线路中传输，到了输出端通过激光器进行电光转换，从而实现光信号的传输，这就是O/E/O变换。光放大器商用之后，可以跳过O/E/O变换，对光信号直接进行放大，这就省去了转换所需要的时间，提高了传输速率。由于光放大器的研发成功以及产业化应用，光纤通信技术得以迅速发展。

总的来说，光通信系统中光放大器最典型的应用方式有四类，即前置放大、线路放大、功率放大及本地网放大。随着光放大器的飞速发展，波分复用技术(WDM)得到了发展，进而促进全光网络的发展。

表1.1光放大器的分类

目前，广泛商用及正在研制的光放大器按其工作原理主要可以分为三种类型，即：以激光二极管为基础而制作的半导体光放大器(SOA)、以掺杂光纤为基础的放大器以及基于介质非线性的光放大器。由于组成部件还有结构的不同，还可以进一步的划分，如表1.1所示。其中，半导体光放大器SOA、掺饵光纤放大器(EDFA)以及拉曼放大器(FRA)已得到广泛的商用，其他类型的由于性能不是特别稳定，目前还处于实验阶段。

半导体光放大器主要分为驻波型和行波型两种结构。驻波型光放大器的F-P腔前后端面拥有相同且较低的反射率，能够使外来光子在谐振腔内发生受激发射、振荡和放大，F-P腔本身就具有滤波功能，决定着FP-SOA只能使外来光子波长对准谐振主模才能获得最大增益。这对FP-SOA芯片的温度稳定性要求相当高，因此应用价值不大。取而代之的是设法去除谐振效应，使得外来光子在半导体增益介质宽的增益谱内均能得到放大，这就构成了行波型光放大器(TW-SOA)。

掺杂型光纤放大器中比较常用的是掺饵光纤放大器和掺镨光纤放大器。EDFA主要用于1550nm通信窗口，PDFA主要用于1310nm通信窗口。这两种放大器中应用更广泛的是掺饵光纤放大器，EDFA结构简单，与光纤耦合效率高，一般工作在损耗最低的窗口，具有高增益、低噪声的特点，同时还能实现系统双向放大，且各个信道的串扰较小。虽然EDFA具有诸多优点，但是它波长固定，只能对1550nm波段进行放大，增益不平坦，且一旦发生故障不易查找，因此其泵浦源寿命较短，还需要克服部分的复杂技术问题，如需要对输出功率进行控制，且对于不同信道波长的增益需要进行均衡。