基于重构等效啁啾激光器阵列芯片并行重组的高速大功率光发射模块制造技术

本发明专利技术公开了基于重构等效啁啾激光器阵列芯片并行重组的高速大功率发射模块，包括重构等效啁啾激光器阵列芯片、光学引线键合、平面光波导复用器、AIN载体、半导体制冷器和反馈环路，所述反馈环路包括分束器、光电探测器和恒功率驱动电路。本发明专利技术从重构等效啁啾激光器对波长高精度控制的特性出发，利用并行重组的重构等效啁啾激光器阵列产生等波长的激光光束，通过控制平面光波导复用器与光学引线键合的长度保证各通道激光光束的时序相同。同时添加反馈环路与温控电路来保证激光光束的稳定输出，实现高速大功率激光信号的输出。本发明专利技术中的器件设计和制造过程都不复杂，成本相较传统大功率激光器模块有所降低，可以实现大规模的制造与使用。的制造与使用。的制造与使用。

【技术实现步骤摘要】
基于重构等效啁啾激光器阵列芯片并行重组的高速大功率光发射模块


[0001]本专利技术属于光纤通信领域，特别涉及了一种高速大功率发射模块。

技术介绍

[0002]随着信息时代的发展，人们对通信速率的要求越来越高，常规的通信手段不再适应高速率的信息传输，光纤通信逐渐成为了信息产业的发展支柱，对整个信息产业起到了基础性的支撑作用，光纤通信的发展对社会民生、安全等众多领域有着深远的意义。信息在光纤传输的过程中会产生损耗，在过去为了保证信号传输的质量，建设了大量的中继站对信号进行接收、转换和放大，以提高信号电平弥补信号的衰减。但是建造电中继站成本较高且难以维护，处理信息的速率也有限，已经无法适应信息化时代的高速发展。面对这种情况，1985年英国南安普顿大学的一个研究团队通过在石英光纤中掺加铒元素研制出了掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Application Amplifier,EDFA)，EDFA具有结构简单、耦合损耗小、不受偏振态影响等优点，一经诞生就得到了快速的发展，取得了许多重大的突破。EDFA的成功研发大大提高了光纤通信的发展水平，成为了光纤通信中应用最广泛的光放大器件。
[0003]事实上引入EDFA的关键技术原因是，长距离的光信号需要大功率的光调制信号进行传输。但是对于激光器而言，要想实现更大的激光器输出光功率，只能增加驱动电流。而高速脉冲信号和大电流在电路设计时是一对无法调和的矛盾，这也是目前无法直接做出大功率直接调制激光器的原因。EDFA的引入就是将大功率这一技术指标从激光器中剥离出来，在激光器的设计过程中只需要做出高速小功率光信号即可。该高速小功率光信号进而通过EDFA的放大就可以实现高速大功率光信号的产生。
[0004]但是近年来，随着人们对系统性能的要求越来越高，EDFA的引入虽然一方面解决了信号的放大问题，但是也带了自发辐射噪声，降低了原始信号的信噪比。同时EDFA的引入对原始系统产生的额外功耗和成本也是产业界一直极其希望解决的关键问题。因此如何替代引入EDFA的技术方案，寻求一种新型的高速大功率发射信号技术成为目前的一个研究热点。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术从激光器源头出发提出了基于重构等效啁啾激光器阵列芯片并行重组的高速大功率发射模块。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：
[0007]基于重构等效啁啾激光器阵列芯片并行重组的高速大功率发射模块，包括：重构等效啁啾(Reconstruction
‑
Equivalent
‑
Chirp,REC)激光器阵列芯片、光学引线键合(Photonic Wire Bonding,PWB)、平面光波导复用器(Planar Lightwave Circuit Splitter,PLC Splitter)、AIN载体、半导体制冷器和反馈环路，所述反馈环路包括分束器、
光电探测器和恒功率驱动电路；其中，
[0008]所述重构等效啁啾激光器阵列芯片，用于产生高精度等波长的激光阵列；
[0009]所述光学引线键合，用于重构等效啁啾激光器阵列芯片与平面光波导复用器之间的连接，使用的键合方式为光波导键合，且光波导键合长度可控；
[0010]所述平面光波导复用器，用于对进入该器件的激光光束进行合束，生成一个组合激光光束；
[0011]所述AIN载体，用做重构等效啁啾激光器阵列芯片和平面光波导复用器的基底，将重构等效啁啾激光器阵列芯片产生的热量及时排出，协同半导体制冷器控制REC激光器阵列芯片温度；
[0012]所述半导体制冷器，用于控制重构等效啁啾激光器阵列芯片温度处于恒定范围，避免激光器的性能降低；
[0013]所述分束器，用于将平面光波导复用器输出的组合激光光束分成出射光与反馈光；
[0014]所述光电探测器，用于将反馈光转换为电信号，并对信号进行增益；
[0015]所述恒功率驱动电路，包含温控电路，用于控制重构等效啁啾激光器阵列芯片、半导体制冷器以及反馈环路的工作状态，保证整个模块的正常工作。
[0016]进一步地，所述重构等效啁啾激光器阵列芯片能够对波长进行精确控制，重构等效啁啾激光器阵列芯片各通道产生的波长近似相等，各通道的波长误差绝对值小于0.2nm。
[0017]进一步地，在制造时确定平面光波导复用器的长度，进行光波导键合时设计光学引线键合长度，保证二者加和恒定，从而控制每一通道激光的相位相同。
[0018]进一步地，所述分束器采用1
×
2耦合器，所分出射光和反馈光的功率比为99：1。
[0019]进一步地，所述AIN载体设置于半导体制冷器上方，所述重构等效啁啾激光器阵列芯片、光学引线键合和平面光波导复用器均集成在AIN载体上方。
[0020]进一步地，所述重构等效啁啾激光器阵列芯片采用DFB激光器，其波长为1550nm，通过恒功率驱动电路中的温控模块对其输出的光信号进行调控。
[0021]进一步地，所述恒功率驱动电路，一方面接收反馈电路的信号，对REC激光器阵列芯片的功率进行调节，保证输出恒定功率的激光光束；另一方面接收重构等效啁啾激光器阵列芯片附近的热敏电阻反馈的信息，通过控制半导体制冷器制冷或者制热的幅度来使得重构等效啁啾激光器阵列芯片正常工作。
[0022]进一步地，各器件均设置在同一封装模块中。
[0023]采用上述技术方案带来的有益效果：
[0024]1、本专利技术从REC技术出发，利用REC对波长控制精度高的特性，设计出输出波长近似相等的REC激光器阵列，解决了难以控制不同激光器输出波长相等的问题，为后续模块的设计提供了基础；
[0025]2、本专利技术可以对所选用PLC光复用器每一通道的长度进行设计与制造，通过设计不同的PWB键合长度来使得光程相等，保证了各通道进行耦合时拥有相同的相位；
[0026]3、本专利技术在模块设计中添加了反馈环路与温控系统，保证了模块的稳定输出，各部分组成器件设计和制作过程均不复杂，易于进行大规模的推广利用。
[0027]4、本专利技术从REC激光器对波长高精度控制的特性出发，利用并行重组的REC激光器
阵列产生等波长的激光光束，通过控制PLC光复用器与PWB的长度保证各通道激光光束的时序相同，从激光器自身实现了高速大功率的激光信号输出。
附图说明
[0028]图1为本专利技术模块的主要结构图；
[0029]图2为本专利技术模块中AIN载体与半导体制冷器的结构图；
[0030]图3为单个激光器输出的1GHz脉冲信号图；
[0031]图4为模块输出的1GHz脉冲信号图。
具体实施方式
[0032]以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0033]本专利技术利用PWB光学引线键合技术，利用光波导实现了激光器阵列芯片与PLC光复用器的键合，通过设计使得各通道光程相同，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于重构等效啁啾激光器阵列芯片并行重组的高速大功率发射模块，其特征在于，包括：重构等效啁啾激光器阵列芯片、光学引线键合、平面光波导复用器、AIN载体、半导体制冷器和反馈环路，所述反馈环路包括分束器、光电探测器和恒功率驱动电路；其中，所述重构等效啁啾激光器阵列芯片，用于产生高精度等波长的激光阵列；所述光学引线键合，用于重构等效啁啾激光器阵列芯片与平面光波导复用器之间的连接，使用的键合方式为光波导键合，且光波导键合长度可控；所述平面光波导复用器，用于对进入该器件的激光光束进行合束，生成一个组合激光光束；所述AIN载体，用作重构等效啁啾激光器阵列芯片和平面光波导复用器的基底，将重构等效啁啾激光器阵列芯片产生的热量及时排出，协同半导体制冷器控制重构等效啁啾激光器阵列芯片温度；所述半导体制冷器，用于控制重构等效啁啾激光器阵列芯片温度处于恒定范围，避免激光器的性能降低；所述分束器，用于将平面光波导复用器输出的组合激光光束分成出射光与反馈光；所述光电探测器，用于将反馈光转换为电信号，并对信号进行增益；所述恒功率驱动电路，包含温控电路，用于控制重构等效啁啾激光器阵列芯片、半导体制冷器以及反馈环路的工作状态，保证整个模块的正常工作。2.根据权利要求1所述基于重构等效啁啾激光器阵列芯片并行重组的高速大功率发射模块，其特征在于，所述重构等效啁啾激光器阵列芯片能够对波长进行精确控制，重构等效啁啾激光器阵列芯片各通道产生的波长近似相等，各通道的波长误差绝对值小于0.2nm。3.根据权利要求1所述基于重构等效啁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李密，张越行，王祎思，陈向飞，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：