【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种通信领域的高速调制半导体激光器芯片，具体涉及一种用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片。
技术介绍
1、作为光通信信号源的高速半导体激光器是光通信的核心芯片。目前实现光信号的高速调制有两种：一种是直接调制，将高速电信号直接驱动半导体激光器实现调制光信号的输出；另一种是外调制，也就是将半导体激光器连续输出的光波通过外加的调制器实现高速调制的光信号输出。相较于直接调制激光器，外调制需要一个连续的激光器和另外一个调制器实现对光信号的高速调制。显然外调制的构成更复杂，成本远高于直接调制,但现有的直接调制受限于激光器本身的啁啾效应和光纤的色散，一般只能用于短距离的高速光信号的传输。对c波段10gbit/s速率光信号，一般的传输距离受限在10km左右。而外调制信号的啁啾远低于直接调制，因此可以实现长距离的高速光信号传输。
2、由于直接调制结构简单，芯片和驱动电路成本远低于外调制激光器，因此如果可以改善直接调制激光器产生的高速光信号的啁啾效应，减小光脉冲在普通光纤中传输信号质量的劣化，将可以提供一种高速调制光信号的长距离传输的低成本技术方案。由于直接调制激光器的啁啾与调制信号的消光比直接相关，高的消光比产生大的啁啾，因此为改善直接调制光信号的啁啾效应，一种解决方案是将直接调制产生的光信号先经过一个外加的光学滤波器。这样可以利用直接调制激光器由于绝热色散效应产生的高低信号的频率的不同，将低消光比的信号在通过光学滤波器后实现高消光比和低啁啾的调制信号。但这种方法需要复杂的封装结构，精准的波长控制(激光器波长必须准确地
技术实现思路
1、本技术所要解决的技术问题是提供一种用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，它采用单片集成的方式，可以改善激光器芯片的色散特性，从而改善直接调制激光器的传输特性，以达到高速光信号的10km以上长距离传输的目的。
2、为解决上述技术问题，本技术用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片的技术解决方案为：
3、包括由左向右依次排列的一半导体激光器、一电隔离区、一啁啾补偿二极管，第一电极连接所述激光器，所述激光器通过所述第一电极通过直接调制产生高速调制光信号；第二电极连接所述啁啾补偿二极管，所述啁啾补偿二极管通过所述第二电极直流驱动；一电隔离区位于所述激光器与所述啁啾补偿二极管之间；所述激光器、所述啁啾补偿二极管以及所述电隔离区位于同一半导体衬底上。
4、在另一实施例中，所述激光器产生的高速调制光信号通过电隔离区后进入啁啾补偿二极管；直流源注入电流到啁啾补偿二极管，在啁啾补偿二极管的有源区产生一个固定的载流子浓度；所述啁啾补偿二极管内载流子的浓度变化与所述激光器内载流子的浓度变化相反；所述啁啾补偿二极管对来自于所述激光器的光信号进行衰减或放大并对光信号进行啁啾补偿。
5、在另一实施例中，所述激光器和啁啾补偿二极管内载流子的变化用如下的速率方程来表达：
6、
7、其中，n是激光器或啁啾补偿二极管内的载流子浓度，
8、i是注入的电流，
9、e是电子的电荷，
10、v是有源区的体积，
11、τ是载流子的寿命，
12、g是激光器或啁啾补偿二极管的增益，
13、s是光子浓度。
14、在另一实施例中，所述激光器是单模激光器；所述激光器还包含有光栅结构；所述光栅结构位于有源区下面的n型半导体内；或者，所述光栅结构位于有源区上面的p型半导体内。
15、在另一实施例中，所述啁啾补偿二极管的波导为直波导；
16、在另一实施例中，所述啁啾补偿二极管的波导为弯曲波导；所述啁啾补偿二极管的出光面与芯片的腔面之间形成一倾斜角。
17、在另一实施例中，所述啁啾补偿二极管的波导与出光端面的法线的角度在0～12度之间。
18、在另一实施例中，所述激光器的注入电流是高速交流信号；所述啁啾补偿二极管的注入电流恒定不变。
19、在另一实施例中，所述激光器和所述啁啾补偿二极管具有相似的芯片结构，其差异仅在于激光器具有光栅结构。
20、在另一实施例中，所述激光器的有源区的光致发光谱的峰值波长在啁啾补偿二极管的有源区的光致发光谱的峰值波长±80nm范围内。
21、本技术还提供另一种用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其技术解决方案为：
22、包括由左向右依次排列的一半导体激光器、一电隔离区、一啁啾补偿二极管，第一电极连接所述激光器，所述激光器通过所述第一电极通过直接调制产生高速调制光信号；第二电极连接所述啁啾补偿二极管，所述啁啾补偿二极管通过所述第二电极通过极性与驱动所述激光器的高速电信号极性相反的交流驱动；电隔离区位于所述激光器与所述啁啾补偿二极管之间；所述激光器、所述啁啾补偿二极管以及所述电隔离区位于同一半导体衬底上。
23、在另一实施例中，所述激光器的注入电流是高速交流信号；所述啁啾补偿二极管的注入电流是交流信号，所述啁啾补偿二极管的驱动交流信号的极性与所述直接调制激光器的驱动电信号的极性相反。
24、在另一实施例中，所述激光器和所述啁啾补偿二极管的有源区是多量子阱结构。
25、在另一实施例中，所述激光器产生的高速光信号通过所述电隔离区进入所述啁啾补偿二极管内调制所述啁啾补偿二极管的载流子浓度。
26、在另一实施例中，所述激光器和啁啾补偿二极管位于磷化铟衬底上。
27、本技术可以达到的技术效果是：
28、本技术利用直接调制激光器产生的高速调制光信号对啁啾补偿二极管的载流子浓度进行与直接调制激光器内载流子浓度变化相反的调制，从而能够实现对来自调制器的高速调制光信号的啁啾补偿，实现高速光信号在光纤中的10km以上长距离传输。
29、本技术通过在半导体直接调制激光器上集成一个与激光器相连接的啁啾补偿二极管，啁啾补偿二极管由恒定电流或极性与直接调制激光器的驱动电流极性相反的交流电流驱动工作，这样啁啾补偿二极管内的载流子变化与直接调制激光器内的载流子变化相反，从而可以补偿直接调制激光器产生的光信号的啁啾，减小直接调制光信号在光纤中传输的色散效应，满足长距离高速光信号传输。另外，啁啾补偿二极管可以起到光学衰减和放大的作用，因此可以调整输出光信号的功率和消光比，为光纤传输系统的设计提供一个灵活的解决方案。
30、本技术能够与现有半导体激光器芯片的材料生长和工艺技术兼容，可以适用于所有的半导体激光器芯片。在现有的直接调制激光器芯片封装基础上只要增加一个直流源或与信号极性相反的交流驱动信号，就可以降低直流调制激光器的啁啾。相比高速电吸收激光器，芯片制造和封装成本将大大降低。
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1.一种用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其特征在于，所述激光器和啁啾补偿二极管内载流子的变化用如下的速率方程来表达：
3.根据权利要求1所述的用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其特征在于，所述激光器是单模激光器；所述激光器还包含有光栅结构；所述光栅结构位于有源区下面的N型半导体内；或者，所述光栅结构位于有源区上面的P型半导体内。
4.根据权利要求1所述的用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其特征在于，所述啁啾补偿二极管的波导为直波导；或者，所述啁啾补偿二极管的波导为弯曲波导；所述啁啾补偿二极管的出光面与芯片的腔面之间形成一倾斜角。
5.根据权利要求4所述的用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其特征在于，所述啁啾补偿二极管的波导与出光端面的法线的角度在0～12度之间。
6.根据权利要求4所述的用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其特征在于，所述啁啾补偿二极管的波导与出光端面的法线的角度在3～
7.根据权利要求1所述的用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其特征在于，所述激光器的注入电流是高速交流信号；所述啁啾补偿二极管的注入电流恒定不变。
8.根据权利要求1所述的用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其特征在于，所述激光器与所述啁啾补偿二极管的芯片结构之间的差异仅在于激光器具有光栅结构。
9.一种用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其特征在于，所述激光器的注入电流是高速交流信号；所述啁啾补偿二极管的注入电流是交流信号，所述啁啾补偿二极管的驱动交流信号的极性与所述直接调制激光器的驱动电信号的极性相反。
...【技术特征摘要】
1.一种用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其特征在于，所述激光器和啁啾补偿二极管内载流子的变化用如下的速率方程来表达：
3.根据权利要求1所述的用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其特征在于，所述激光器是单模激光器；所述激光器还包含有光栅结构；所述光栅结构位于有源区下面的n型半导体内；或者，所述光栅结构位于有源区上面的p型半导体内。
4.根据权利要求1所述的用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其特征在于，所述啁啾补偿二极管的波导为直波导；或者，所述啁啾补偿二极管的波导为弯曲波导；所述啁啾补偿二极管的出光面与芯片的腔面之间形成一倾斜角。
5.根据权利要求4所述的用于长距离光纤传输的高速直接调制激光器芯片，其特征在于，所述啁啾补偿二极管的波导与出光端面的法线的角度在0～12度...
【专利技术属性】
技术研发人员：王中和，
申请(专利权)人：欧润光电科技苏州有限公司，
类型：新型
国别省市：
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