[发明专利]一种局部光放大的硅基光电子集成芯片及泵浦耦合方法

说明书

本发明实施例提供一种局部光放大的硅基光电子集成芯片及泵浦耦合方法，芯片包括光信号处理器件和传输波导，还包括增益层；增益层为在光信号处理器件上引出至少一根放大波导，在至少一根放大波导上蚀刻槽状结构且在槽状结构中填充增益材料形成的；和/或，在传输波导上蚀刻槽状结构，在槽状结构中填充增益材料形成的。本发明实施例对整个硅基光电子集成芯片中需要光放大的部分进行局部处理，填充增益材料，实现局部高性能的光放大，能有效补偿整个片上系统的传输损耗，为硅基光电子集成芯片引入可靠的片上放大。

技术领域

本发明属于光通信技术领域，尤其涉及一种局部光放大的硅基光电子集成芯片及泵浦耦合方法。

背景技术

近年来，以硅为主要研究材料的硅基光电子技术得以高速发展，在光通信、数据中心等重要领域重中发挥了重大的作用。类似于像集成电路规模数按照摩尔定律2年翻一倍的速度，硅基光电子学中的光学器件的规模也在不断显著增加，可以满足光通信和光网络中高信息传输率和大信息传输能力的需求。

然而，随着越来越多的硅基光电子学器件集成在此类电路中，光信号在各个器件中的衰减是不可避免的，例如基于硅基光电子集成芯片的硅基调制器(2～3dB)，光电探测器(1～3dB)，以及其他无源器件(0.5dB)，随着集成度的提高，整个片上损耗很容易就会超过20dB，这严重影响了整个系统的传输性能。如果未来像集成电路一样，在芯片上集成成千上万个硅基光电子器件，对信号光衰减的补偿研究也就变得更加重要，是当前硅基光电子技术研究的重点之一。因此，片上集成的光波导放大器是大规模硅基光电子系统中不可或缺的器件，对于光信号的片上放大和损耗补偿方面起着重要作用。

目前实现硅基光波导放大主要是基于传统半导体光放大器(semiconductoroptical amplifier,SOA)，采用键合技术，将半导体光放大器贴到基片上。

虽然Ⅲ-Ⅴ族半导体材料是直接带隙，是良好的光源材料，但Ⅲ-Ⅴ族半导体与硅之间存在较大的晶格失配，直接在硅衬底上生长出高质量的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料很难，更何况Ⅲ-Ⅴ族半导体与硅的制造技术并不兼容；另一方面，半导体材料的载流子寿命较短，也不适合高速调制应用。

发明内容

为克服上述现有问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种局部光放大的硅基光电子集成芯片及泵浦耦合方法。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种局部光放大的硅基光电子集成芯片，包括光信号处理器件和传输波导，还包括增益层；

所述增益层为在槽状结构中填充增益材料形成的，所述槽状结构为在所述光信号处理器件上引出的至少一根放大波导上蚀刻的；

和/或，

所述增益层为在槽状结构中填充增益材料形成的，所述槽状结构为在所述传输波导上蚀刻的。

在上述技术方案的基础上，本发明实施例还可以作出如下改进。

可选的，所述槽状结构的侧壁光滑，所述槽状结构为在所述放大波导或所述传输波导上通过紫外光刻技术刻蚀而成的。

可选的，所述槽状结构区域下方的放大波导或传输波导为渐变锥型波导结构。

可选的，所述槽状结构的深度和宽度能够根据进入光信号处理器件的光场分布或者进入传输波导的光场分布进行调整；

所述在槽状结构中填充增益材料包括：

利用磁控溅射或激光沉积方法在槽状结构中填充增益材料。

可选的，所述增益材料为掺铒材料。

可选的，槽状结构与下方的所述放大波导之间保持预设距离形成隔离层和/或所述槽状结构与下方所述传输波导之间保持预设距离形成隔离层。

根据本发明实施例第二方面提供一种硅基光电子集成芯片的泵浦耦合方法，包括：