[发明专利]一种低噪声的SOA-PIN集成光探测器

说明书

本发明公开了一种低噪声的SOA‑PIN集成光探测器，沿信号光传播方向依次包括：SOA部分、PIN部分和全反射镜，所述SOA部分和PIN部分底部共用同一底部电极，顶部为独立设置的SOA顶部电极和PIN顶部电极，全反射镜位于PIN部分的的外侧，所述SOA部分包括光栅空间滤波结构层，其方向为沿着信号光的传播方向，本发明所公开的低噪声的SOA‑PIN集成光探测器体积小、成本较低、适合大规模生产，具有很好的滤除噪声、提高信噪比的作用。

技术领域

本发明涉及光电器件技术领域，特别涉及一种低噪声的SOA-PIN集成光探测器。

背景技术

随着互联网对于流量和带宽激增的需求，光通信系统中对于接收机的要求越来越高。传统的光接收机通常采用PIN光电二极管或雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode，APD)作为光电探测器，但它们均已难以满足目前接收机对于光电探测器的需求。一方面，PIN具有良好的带宽特性，但由于它没有内在增益，因此单独将PIN作为光电探测器无法为接收机提供足够的灵敏度。另一方面，APD可以提供内在增益，但其内在增益是通过电域的雪崩倍增效应产生，因此它的增益带宽积存在一定的上限，在25Gb/s、40Gb/s或更高速率的光通信系统中，APD往往因带宽受限而无法使用。

一种较好的解决方法是利用半导体光放大器(SemiconductorOpticalAmplifier，SOA)作为PIN光电探测器的前置放大器，对光信号预先进行放大，再利用PIN完成光电转换。然而，该方案带来的显著问题如下：一是SOA的引入将会带来额外的放大器自发辐射(Amplifier Spontaneous Emission)噪声，这将大大降低PIN中探测到信号的信噪比，进而影响接收机的灵敏度特性；二是SOA作为额外的分立器件将使得接收机中元器件更多，结构变得更为复杂，并且可能存在SOA与PIN之间耦合损耗较大的问题。

为了降低噪声的影响，光接收机中通常会加入滤波器来滤除一部分带外噪声。常见的滤波器是带通滤波器，但无论是带通滤波器还是低通、高通、带阻滤波器等，它们均是基于频谱滤波作用，即仅在波长层面上对信号进行筛选，留下需要的波段的信号，滤除不需要的波段的信号，从而起到抑制宽谱噪声的作用。频谱滤波方式具有一定的局限性，它在相同波长上无法对信号和噪声进行区分，滤波的效果(滤波后的信噪比)完全取决于滤波器的通带宽度和通带特性，通带宽度越窄以及通带特性越好，滤除的噪声就越多，但即使通带足够窄，带内的噪声仍无法避免，且过窄的通带可能导致信号的失真。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种低噪声的SOA-PIN集成光探测器，以达到滤除噪声、提高信噪比的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种低噪声的SOA-PIN集成光探测器，沿信号光传播方向依次包括：SOA部分、PIN部分和全反射镜，所述SOA部分和PIN部分底部共用同一底部电极，顶部为独立设置的SOA顶部电极和PIN顶部电极，全反射镜位于PIN部分的的外侧，所述SOA部分包括光栅空间滤波结构层，其方向为沿着信号光的传播方向。

上述方案中，所述SOA部分自下而上依次包括：底部接触层和底部电极、衬底层一、缓冲层、平板耦合波导层、第一分别限制层、增益有源层、第二分别限制层、间隔层、光栅空间滤波结构层、腐蚀停止层、上包层、接触层一和SOA顶部电极。

上述方案中，所述增益有源层包括被两个垒层包裹的一个单量子阱层。

上述方案中，所述光栅空间滤波结构层包括P型光栅波导层和P型光栅覆盖层。

上述方案中，所述PIN部分自下而上依次包括：底部接触层和底部电极、衬底层二、N型层、本征吸收层、P型层、接触层二和PIN顶部电极。