專利名稱：一種雙環(huán)基直接調(diào)制光源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光子網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，涉及到其中的光源直接調(diào)制技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代社會高速光網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，光子系統(tǒng)的微型化與集成化——光子集成回路(PIC，Photonics Integrated circuit)成為必然趨勢，它可以用來實(shí)現(xiàn)未來超大容量、超快速率的hternet網(wǎng)絡(luò)和高速集成光片上互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。而要達(dá)到這一目標(biāo)，首先需要把電信號加載在光源發(fā)出的光束上，即使用電光調(diào)制技術(shù)。在現(xiàn)有的利用電光調(diào)制技術(shù)調(diào)制的光源系統(tǒng)中，有直接調(diào)制和間接調(diào)制兩種方案。直接調(diào)制是通過直接改變半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動電流來實(shí)現(xiàn)；而間接調(diào)制通過外部調(diào)制器實(shí)現(xiàn)，更適合于高速領(lǐng)域。環(huán)形諧振腔(RR，Ring Resonator)是近年來出現(xiàn)的一種光電子器件結(jié)構(gòu)，它是利用光波導(dǎo)導(dǎo)引光場形成閉環(huán)，并放置一根或兩根直波導(dǎo)通過消逝波實(shí)現(xiàn)與諧振腔模式的耦合。該結(jié)構(gòu)易于制作、易于光子集成，在如光源、光分插復(fù)用器、濾波器、全光再生、波長變換與光信息處理等方面有著廣泛的應(yīng)用，其中也包括電光調(diào)制技術(shù)。因此基于RR器件結(jié)構(gòu)的不同功能元件有利于在同一個(gè)襯底上實(shí)現(xiàn)單片集成全光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。目前國內(nèi)外研究者大多使用基于硅和聚合物材料的無源環(huán)形諧振腔(PRR， Passive Ring Resonator)來實(shí)現(xiàn)對光的間接調(diào)制。相比于PRR器件還需額外的光源器件單元而言，直接調(diào)制有源環(huán)形諧振腔(ARR，Active Ring Resonator)光源的方式可以變相的實(shí)現(xiàn)光源與調(diào)制器的單片集成，集成密度更高，成本更低，同時(shí)不需要集成光隔離器，因此結(jié)構(gòu)更加簡單。直接調(diào)制的激光器的調(diào)制速率由載流子與光子相互作用所產(chǎn)生的弛豫振蕩頻率所決定，通常小于20GHz，由于直接調(diào)制有源環(huán)形諧振腔光源的帶寬以及頻率啁啾的影響，調(diào)制速度尚無法與間接調(diào)制方式相比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決有源環(huán)形諧振腔光源直接調(diào)制速率較低的問題，提出了一種雙環(huán)基直接調(diào)制光源系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種雙環(huán)基直接調(diào)制光源系統(tǒng)，包括兩個(gè)有源環(huán)形諧振腔，一條耦合波導(dǎo)和一條輸出波導(dǎo)，其中一個(gè)有源環(huán)形諧振腔為主有源環(huán)形諧振腔，另一個(gè)有源環(huán)形諧振腔為從有源環(huán)形諧振腔；主有源環(huán)形諧振腔上的電極用于加載直流偏置電流，產(chǎn)生的輸出光通過耦合波導(dǎo)作為從有源環(huán)形諧振腔外部的注入鎖定信號，從有源環(huán)形諧振腔上的電極用于加載直流偏置電流和電調(diào)制信號，激射出來的調(diào)制光信號通過輸出波導(dǎo)輸出。進(jìn)一步的，耦合波導(dǎo)為無源光波導(dǎo)。進(jìn)一步的，輸出波導(dǎo)為無源光波導(dǎo)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明雙環(huán)基光源系統(tǒng)通過主有源環(huán)形諧振腔的輸出光作為外部注入鎖定從有源環(huán)形諧振腔的方式，顯著改善從有源環(huán)形諧振腔的動態(tài)高速調(diào)制特性，增加了從有源環(huán)形諧振腔的直接調(diào)制帶寬，進(jìn)而提高了直接調(diào)制有源環(huán)形諧振腔(ARR) 光源調(diào)制速率；同時(shí)通過利用ARR獨(dú)特的方向雙穩(wěn)態(tài)特性可直接實(shí)現(xiàn)用于高速直接調(diào)制的單片集成雙環(huán)激光器單元；由于MARR的注入光鎖定使得SARR工作在逆時(shí)針方向，沒有光反饋至MARR，能夠?qū)崿F(xiàn)無光隔離器的單片集成雙環(huán)基系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的有源環(huán)形諧振腔的剖面示意圖。圖2是本發(fā)明雙環(huán)基直接調(diào)制光源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。如圖1所示，一種雙環(huán)基直接調(diào)制光源系統(tǒng)，包括兩個(gè)有源環(huán)形諧振腔，一條耦合波導(dǎo)和一條輸出波導(dǎo)，其中一個(gè)有源環(huán)形諧振腔為主有源環(huán)形諧振腔(MARR，Master ARR)，另一個(gè)有源環(huán)形諧振腔為從有源環(huán)形諧振腔(SARR，Slave ARR)；主有源環(huán)形諧振腔上的電極用于加載直流偏置電流，產(chǎn)生的輸出光通過耦合波導(dǎo)作為從有源環(huán)形諧振腔外部的注入鎖定信號，從有源環(huán)形諧振腔上的電極用于加載直流偏置電流和電調(diào)制信號，激射出來的調(diào)制光信號通過輸出波導(dǎo)輸出。這里的耦合波導(dǎo)和輸出波導(dǎo)為無源光波導(dǎo)。這里有源環(huán)形諧振腔的剖面示意圖如圖2所示，器件選擇激光器常用的量子阱材料，在雙環(huán)形腔的電極分別加載直流偏置電流，對于主有源環(huán)形諧振腔(MARR)當(dāng)加載的電流超過閾值電流時(shí)，器件激射出光。此輸出光作為SARR的外部注入光信號，具有改善調(diào)制器性能，降低頻率啁啾的影響，提高從有源環(huán)形諧振腔(SARR)直接調(diào)制帶寬的作用。對于從有源環(huán)形諧振腔加載直流偏置電流和高速調(diào)制信號，使輸出光強(qiáng)度隨高速調(diào)制信號而變化，達(dá)到調(diào)制目的。通過在主有源環(huán)形諧振腔(MARR)上下電極加載直流偏置電流激射出光，利用消逝波橫向耦合進(jìn)耦合波導(dǎo)并進(jìn)行傳輸至從有源環(huán)形諧振腔(SARR)，此輸出光作為從有源環(huán)形諧振腔的外部注入鎖定信號使其工作在逆時(shí)針方向，此外部注入鎖定信號有利于降低 SARR的波長啁啾的影響，提高直接調(diào)制的帶寬。由于ARR具有獨(dú)特的方向雙穩(wěn)態(tài)特性，在方向雙穩(wěn)態(tài)區(qū)域其激射方向由偏置電流決定，或者順時(shí)針方向激射(同時(shí)逆時(shí)針方向無光)， 或者逆時(shí)針方向激射(同時(shí)順時(shí)針方向無光)，同時(shí)外部光注入鎖定也可以強(qiáng)制其工作在某一方向。當(dāng)腔內(nèi)光的相位與外部光的相位一致時(shí)，即可認(rèn)為達(dá)到注入鎖定。如圖1所示， 將雙ARR直流偏置電流設(shè)置在雙穩(wěn)態(tài)區(qū)域，令其工作在逆時(shí)針方向，此時(shí)SARR順時(shí)針方向沒有光輸出，因此沒有光反饋至MARR ；同時(shí)MARR逆時(shí)針出光，注入SARR并鎖定之，SARR穩(wěn)定的工作在逆時(shí)針方向。此方式可以成功的實(shí)現(xiàn)無隔離器的單片集成雙激光器單元，顯著改善SARR器件的高速調(diào)制特性，相當(dāng)于同時(shí)單片集成了高速調(diào)制器。對SARR器件加載直流偏置電流和高速電調(diào)制信號使其工作在雙穩(wěn)態(tài)區(qū)，最后從有源環(huán)形諧振腔(SARR)的輸出高速調(diào)制光信號耦合進(jìn)輸出波導(dǎo)激射出來。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙環(huán)基直接調(diào)制光源系統(tǒng)，其特征在于，包括兩個(gè)有源環(huán)形諧振腔，一條耦合波導(dǎo)和一條輸出波導(dǎo)，其中一個(gè)有源環(huán)形諧振腔為主有源環(huán)形諧振腔，另一個(gè)有源環(huán)形諧振腔為從有源環(huán)形諧振腔；主有源環(huán)形諧振腔上的電極用于加載直流偏置電流，產(chǎn)生的輸出光通過耦合波導(dǎo)作為從有源環(huán)形諧振腔外部的注入鎖定信號，從有源環(huán)形諧振腔上的電極用于加載直流偏置電流和電調(diào)制信號，激射出來的調(diào)制光信號通過輸出波導(dǎo)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙環(huán)基直接調(diào)制光源系統(tǒng)，其特征在于，所述的耦合波導(dǎo)為無源光波導(dǎo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙環(huán)基直接調(diào)制光源系統(tǒng)，其特征在于，所述的輸出波導(dǎo)為無源光波導(dǎo)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙環(huán)基直接調(diào)制光源系統(tǒng)。本發(fā)明針對直接調(diào)制有源環(huán)形諧振腔光源的有限帶寬以及頻率啁啾的影響導(dǎo)致調(diào)制速度較低的問題而提出的，具體包括兩個(gè)有源環(huán)形諧振腔，一條耦合波導(dǎo)和一條輸出波導(dǎo)，其中一個(gè)有源環(huán)形諧振腔為主有源環(huán)形諧振腔，另一個(gè)有源環(huán)形諧振腔為從有源環(huán)形諧振腔。本發(fā)明雙環(huán)基光源系統(tǒng)以單片集成的方式，通過主有源環(huán)形諧振腔的輸出光作為外部注入鎖定從有源環(huán)形諧振腔，顯著改善從有源環(huán)形諧振腔的動態(tài)高速調(diào)制特性，增加了從有源環(huán)形諧振腔的直接調(diào)制帶寬，進(jìn)而提高了直接調(diào)制有源環(huán)形諧振腔的光源調(diào)制速率。
文檔編號H01S3/102GK102255230SQ20111012054
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者王卓然, 袁國慧, 許潔 申請人:電子科技大學(xué)