光子集成电路光学放大器的制作方法

本公开描述了集成到光子集成电路(pic)中以最小化光纤放大器的无源部件的光子光学放大器和相关元件。

背景技术：

1、紧凑尺寸的半导体光学放大器(soa)可以用于放大光信号。现有技术soa的使用由于其缺乏相对快速的响应而受到阻碍。灵敏度、非线性效应、偏振和高结损耗等参数使这些放大器比掺铒光纤放大器(edfa)更难使用。

2、现有的edfa由分立的光学组件制成，这些组件难以与相干收发器一起装配成小形状因子(form factor)，如四通道小形状因子可插拔(qsfp)或qsfp-dd。

技术实现思路

1、本文公开了一种光学放大器，其包括前置放大器、至少一个光学放大器和光学接口。该光学放大器的所有无源部件都可以与相干收发器一起集成到光子集成电路(pic)芯片上。

2、pic芯片可以由si、inp、gaas、二氧化硅和聚合物中的一种或多种形成，并且可以具有超小尺寸。pic芯片可以包括光学发射器(例如，相干发射器)、光学接收器(例如，相干接收器)，或两者(即，收发器，例如，相干收发器)，以及其它无源元件。无源元件可以包括但不限于光学隔离器、耦合泵浦光的耦合器，以及一个或多个抽头或监测光电二极管，用于监测在形成于pic芯片上的一个或多个光学波导上传播或通过该一个或多个光学波导传播的信号光。

3、pic芯片可以包括前置放大器光学放大器，其可以被配置为放大在第一方向上从相干接收器接收到的信号。pic芯片可以包括增强光学放大器，其可以被配置为放大在第二方向上从相干发射器接收到的信号。前置放大器和增强放大器可以共享相同的泵浦光源。

4、铒光纤、泵浦光源(例如，泵浦激光器)和用于相干收发器的连续波(cw)激光器可以部署或定位在pic芯片之外。前置放大器和增强放大器可以共享相同的泵浦光源。

5、本文还公开了掺杂光纤放大器的示例，其将无源部件集成到pic芯片中，从而将泵浦激光器和(一个或多个)掺杂光纤留在pic芯片外部。pic放大器可以是掺铒光纤放大器(edfa)。

6、本文还公开了一种光子集成电路(pic)芯片，包括：由半导体材料形成的基板以及在基板上形成的第一光学波导和第二光学波导，其中每个光学波导限定具有第一端和第二端的路径。第一光学隔离器在第一光学波导的路径中在基板上形成，以接收输入到第一光学波导的第一端的光。第一光学隔离器可操作用于允许输入到第一光学波导的第一端的光通过并且避免或防止光在通过第一光学隔离器之后反射回第一光学波导的第一端。在第一光学波导的路径中在第一光学隔离器之后在基板上形成耦合器。耦合器可操作用于将来自第一光学隔离器的光与来自位于基板之外的泵浦光源的光组合并且用于经由第一光学波导的第二端将来自耦合器的组合光输出到位于基板之外的光纤。第二光学隔离器也在第二光学波导的路径中在基板上形成，以接收从光纤输入到第二光学波导的第一端的组合光。第二光学隔离器可操作用于允许从光纤输入到第二光学波导的第一端的组合光通过并且避免或防止放大的光在通过第二光学隔离器之后反射回第二光学波导的第一端。

7、第三光学波导和第四光学波导可以在基板上形成，其中每个光学波导限定具有第一端和第二端的路径。第三光学隔离器可以在第三光学波导的路径中在基板上形成，以接收输入到第三光学波导的第一端的光。第三光学隔离器可操作用于允许输入到第三光学波导的第一端的光通过并且避免或防止光在通过第三光学隔离器之后反射回第三光学波导的第一端。第二耦合器可以在第三光学波导的路径中在第三光学隔离器之后在基板上形成。第二耦合器可操作用于将来自第三光学隔离器的光与来自位于基板之外的泵浦光源的光组合并且用于经由第三光学波导的第二端将来自第二耦合器的组合光输出到位于基板之外的第二光纤。第四光学隔离器可以在第四光学波导的路径中在基板上形成，以接收从第二光纤输入到第四光学波导的第一端的组合光。第四光学隔离器可操作用于允许从第二光纤输入到第四光学波导的第一端的组合光通过并且避免或防止组合光在通过第四光学隔离器之后反射回第四光学波导的第一端。

8、相干发射器可以在基板上形成并且具有耦合到第一光学波导的第一端的输出端(t)和耦合到位于基板之外的连续波(cw)光源的输出端的输入端(l)。

9、相干接收器可以在基板上形成并且具有耦合到第四光学波导的第二端的输入端(r)和例如经由输入端l耦合到位于基板之外的连续波(cw)光源的输出端的另一个输入端。

10、一个或多个抽头光电二极管可以在基板上形成并且耦合到第一光学波导、第二光学波导、第三光学波导和第四光学波导中的至少一个。每个抽头光电二极管可操作用于监测在抽头光电二极管耦合到的光学波导中传播的光的功率并且用于将监测到的功率的指示提供给处理器或计算机控制的控制器以进行处理。

技术特征：

1.一种光子集成电路pic芯片，包括：

2.如权利要求1所述的pic芯片，还包括：

3.如权利要求1所述的pic芯片，还包括在基板上形成并具有耦合到第一光学波导的第一端的输出端(t)和耦合到位于基板之外的连续波(cw)光源的输出端的输入端的相干发射器。

4.如权利要求3所述的pic芯片，还包括在第二光学波导的路径中在第二光学隔离器与第二光学波导的第二端之间在基板上形成的以下之一：

5.如权利要求3所述的pic芯片，还包括：

6.如权利要求2所述的pic芯片，还包括在基板上形成并且具有耦合到第四光学波导的第二端的输入端(r)的相干接收器。

7.如权利要求3所述的pic芯片，还包括：

8.如权利要求1所述的pic芯片，还包括在第二光学波导的路径中在第二光学隔离器与第二光学波导的第二端之间在基板上形成的以下之一：

9.如权利要求1所述的pic芯片，还包括在基板上形成的输入光学多路复用器，所述输入光学多路复用器可操作用于组合经由在基板上形成的输入光学波导在输入光学多路复用器的多个光输入端处接收到的光信号，并且用于将组合的光信号输出到第一光学波导的第一端。

10.如权利要求9所述的pic芯片，还包括在第二光学波导的路径中在第二光学隔离器之后在基板上形成的增益平坦滤波器gff，其中gff可操作用于使来自第二光学隔离器的放大光中在预定波长范围内的不相等强度变平坦或平滑，并将变平坦或平滑的放大光输出到第二光学波导的第二端。

11.如权利要求10所述的pic芯片，还包括在第二光学波导的路径中在gff之后在基板上形成的可变光学衰减器voa，所述voa被配置为降低来自gff的变平坦或平滑的放大光的功率水平，并将功率水平降低的变平坦或平滑的放大光输出到第二光学波导的第二端。

12.如权利要求1所述的pic芯片，还包括在基板上形成的输出光学解复用器，所述输出光学解复用器可操作用于将包括在输出光学解复用器的光输入端处从第二光学波导的第二端接收到的多个光信号的组合的光信号分离成多个单独的输出光信号，这些输出光信号由输出光学解复用器经由在基板上形成的多个类似输出光学波导输出。

13.如权利要求12所述的pic芯片，还包括在第二光学波导的路径中在第二光学隔离器之后在基板上形成的增益平坦滤波器gff，其中gff可操作用于使来自第二光学隔离器的放大光中在预定波长范围内的不相等强度变平坦或平滑，并将变平坦或平滑的放大光输出到输出光学解复用器的光输入端。

14.如权利要求13所述的pic芯片，还包括在第二光学波导的路径中在gff之后在基板上形成的可变光学衰减器voa，所述voa被配置为降低来自gff的变平坦或平滑的放大光的功率水平，并将功率水平降低的变平坦或平滑的放大光输出到输出光学解复用器的光输入端。

15.如权利要求1所述的pic芯片，还包括在基板上形成并且耦合到第一光学波导和第二光学波导中的至少一个的至少一个抽头光电二极管，其中每个抽头光电二极管可操作用于监测在抽头光电二极管耦合到的光学波导中传播的光的功率。

16.如权利要求2所述的pic芯片，还包括：

17.如权利要求3所述的pic芯片，还包括在基板上形成并且耦合到第一光学波导和第二光学波导中的至少一个的至少一个抽头光电二极管，其中每个抽头光电二极管可操作用于监测在抽头光电二极管耦合到的光学波导中传播的光的功率。

18.如权利要求5所述的pic芯片，还包括：

19.如权利要求8所述的pic芯片，还包括在基板上形成并且耦合到第一光学波导和第二光学波导中的至少一个的至少一个抽头光电二极管，其中每个抽头光电二极管可操作用于监测在抽头光电二极管耦合到的光学波导中传播的光的功率。

20.如权利要求9所述的pic芯片，还包括在基板上形成并且耦合到第一光学波导和第二光学波导中的至少一个的至少一个抽头光电二极管，其中每个抽头光电二极管可操作用于监测在抽头光电二极管耦合到的光学波导中传播的光的功率。

21.如权利要求9所述的pic芯片，其中每个输入光学波导耦合到在基板上形成的抽头光电二极管。

22.如权利要求12所述的pic芯片，还包括在基板上形成并且耦合到第一光学波导和第二光学波导中的至少一个的至少一个抽头光电二极管，其中每个抽头光电二极管可操作用于监测在抽头光电二极管耦合到的光学波导中传播的光的功率。

23.如权利要求12所述的pic芯片，其中每个输出光学波导耦合到在基板上形成的抽头光电二极管。

技术总结本公开涉及光子集成电路光学放大器。光子集成电路芯片包括在半导体基板上形成的第一光学波导和第二光学波导。输入到第一光学波导中的光通过在基板上形成的第一光学隔离器和耦合器。耦合器将来自第一光学隔离器的光与来自基板外泵浦光源的光组合输出到基板外光纤，该光纤将组合光输出到第二光学波导中以通过在基板上形成的第二光学隔离器。基板还可以包括第三光学波导和第四光学波导。输入到第三光学波导中的光通过在基板上形成的第三光学隔离器和第二耦合器。第二耦合器将来自第二光学隔离器的光与来自泵浦光源的光组合输出到基板外第二光纤，该第二光纤将组合光输出到第四光学波导中以通过在基板上形成的第四光学隔离器。技术研发人员：王向飞,韩军,王亚军受保护的技术使用者：福州高意通讯有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25