[发明专利]硅基片上集成半导体放大器

说明书

本发明公开了一种硅基片上集成半导体放大器，包括：模场调控器，采用聚合物材料，其上设计包括载物台和相对于载物台对向设置的至少一组光传输波导，每组光传输波导包括光输入波导和光输出波导；InP基半导体放大器，置于载物台上，并具有光波导通路，光输入波导的光经光波导通路放大后传输至光输出波导；以及模斑变换器，采用聚合物材料，作为光输入波导、光波导通路和光输出波导之间的连接组件。本发明提供的该硅基片上集成半导体放大器，利用混合集成技术实现lnP基半导体放大器与硅基光子芯片之间的异质集成，利用模场调控器完成lnP基波导与硅基波导的光模场匹配、耦合与传输，最终实现低损耗、高增益的硅基片上集成光放大器。

技术领域

本发明涉及光电子器件领域，尤其涉及一种硅基片上集成半导体放大器。

背景技术

随着光子集成芯片规模的提升，片上集成的有源器件增多，不可避免的导致光功率的片上损耗增加，由此造成信号强度的大幅度衰减，使得信噪比降低，无法发挥光子集成芯片的最大效能。因此，需要引入光放大技术以对信号进行增益补偿。然而，受限于材料体系的不兼容，目前能够达到实用化的硅基半导体光放大器还没有取得突破性进展，所以只能选用lnP基材料的半导体放大器，如何实现硅基光子集成芯片与lnP基半导体放大器的片上集成是解决问题的关键。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种硅基片上集成半导体放大器，以至少部分解决以上技术问题。

本发明提供的硅基片上集成半导体放大器，包括：

模场调控器，采用聚合物材料，其上设计包括载物台和相对于所述载物台对向设置的至少一组光传输波导，每组光传输波导包括光输入波导和光输出波导；

InP基半导体放大器，置于所述载物台上，并具有光波导通路，所述光输入波导的光经所述光波导通路放大后传输至所述光输出波导；

以及模斑变换器，采用聚合物材料，作为所述光输入波导、所述光波导通路和所述光输出波导之间的连接组件，实现所述InP基半导体光放大器和所述模场调控器的光模场转换和模场耦合。

一些实施例中，所述模斑变换器包括内部的模斑变换波导和外部的包层，其中：

所述模斑变换波导为三维尺寸渐变结构的模斑变换波导；

所述包层的厚度不小于四分之一的光波长，且所述包层的折射率小于所述模斑变换波导的折射率。

进一步的，所述模斑变换波导包括：

第一端面，与所述光波导通路的一端面相接触，两者间径向偏差不超过1um，且所述第一端面的横截面面积与所述光波导通路的端面面积一致，重叠不小于89％；

第二端面，与所述光传输波导的一端面相接触，两者间径向偏差不超过1um，且所述第二端面的横截面尺寸与所述光传输波导的端面尺寸一致，重叠不小于89％。

一些实施例中，所述模斑变换波导的三维形状包括喇叭形、锥形、高斯形或任意可获得最大耦合效率的结构。

一些实施例中，所述模斑变换器为功能可逆结构，包括大模场到小模场的变换和小模场到大模场的变换。

一些实施例中，所述光传输波导中设置反射镜，形成垂直光传输波导和水平光传输波导。

一些实施例中，所述垂直光传输波导包括相对于所述模场调控器底面呈82°～98°的光传输波导；所述反射镜的反射率不小于98％，反射角度为37°～53°，偏差不超过0.1度；所述水平光传输波导和所述垂直光传输波导的横截面尺寸为9um±1um，误差不超过0.2um。

一些实施例中，所述硅基片上集成半导体放大器为功能可逆的对称结构包括在所述光输入波导、所述光波导通路和所述光输出波导中的光路可逆。