专利名称：半导体光放大器模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体光学元件，更具体地，涉及一种用于放大进入半导体光学元件的光信号的半导体光放大器模块。
背景技术：
在用于光通信的多种光放大器的典型应用中，一个示例是掺杂有如铒离子和铥离子等几种稀土离子之一的光纤放大器。这种光纤放大器需要以泵浦光对这些稀土离子进行泵浦，使得这种放大器能够放大其自身接收的光信号。
半导体光放大器包括沉积在半导体衬底上的多个层，即具有多量子阱的有源层、用作I/O(输入/输出)介质的波导层、围绕波导层的包层、上电极层和下电极层。
半导体光放大器过高的放大因子可能会损坏与半导体光放大器相连的其他光学元件，而且/或者可能会由于低SNR(信噪比)使光放大器的光信号恶化。SNR特性表示了包含在出现在普通传输/接收设备(如接收机或放大器)或光通信系统中的光信号中的信号功率与噪声功率的比值。SNR特性用作表示光信号与噪声的比值的指标。光信号功率以“S”表示，而噪声功率以“N”表示。
保持输入光信号与放大光信号的固定比值，即保持固定的放大因子对半导体光放大器的优化性能至关重要。半导体光放大器模块包括光接收元件，用于监控I/O光信号的功率电平；以及控制器，用于将光接收元件所检测到的光信号的功率电平与指定的功率电平相比较，并保持指定的恒定放大增益。
图1和图2示出了传统的光放大器模块。传统的光放大器模块包括半导体光放大器(SOA)110、包含第一检测器160的输入单元140，包含第二检测器170的输出单元150、输入和输出光纤120和130以及控制器180。
SOA 110的一端面向输入单元140，而另一端面向输出单元150。SOA 110对从输入光纤120提供给输入单元140的光信号101进行放大，并向输出单元150输出放大光信号103。
输入单元140包括用于准直从输入光纤120输入的光信号101的第一准直透镜系统141、第一玻璃窗142、用于将第一玻璃窗142所准直的光信号会聚在SOA 110的一端的第一会聚透镜系统144、放置在第一玻璃窗142与第一会聚透镜系统144之间的第一隔离器143、以及放置在第一玻璃窗142与第一隔离器143之间的第一检测器160。输入单元140用作将从输入光纤120接收到的光信号101会聚到SOA 110上的信号组合器。
第一准直透镜系统141对其中从输入光纤120接收到的光信号101进行准直。第一玻璃窗142向第一隔离器143传输在第一准直透镜系统141进行了准直的光信号，并被放置在第一准直透镜系统141和第一检测器160之间。
第一隔离器143向第一会聚透镜系统144传输其从第一玻璃窗142接收到的光信号，并切断从第一会聚透镜系统144向第一检测器160传回的光信号。
第一会聚透镜系统144将第一隔离器143所产生的光信号会聚在半导体光放大器110的一端上。
放置在第一玻璃窗142和第一隔离器143之间的第一检测器160包括反射器161，用于垂直于光信号的传播路径部分地反射从第一玻璃窗142传向第一隔离器143的光信号；以及第一监控光电二极管162，用于检测从反射器161反射过来的光信号102的功率电平。第一检测器160适合于监控由SOA 110放大的光信号103的放大增益，并检测输入到SOA 110的光信号101的功率电平。
输出单元150是以最小的传送损耗将SOA 110进行放大了的光信号103收集到输出光纤130中的组合器。输出单元150包括用于准直从SOA 110接收到的光信号103的第二准直透镜系统154、第二隔离器153、用于将放大光信号103会聚在输出光纤130的一端的第二会聚透镜系统151、用于向第二会聚透镜系统151传输放大光信号103的第二玻璃窗152、以及放置在第二隔离器153与第二玻璃窗152之间的第二检测器170。
第二检测器170包括用于分割从第二隔离器153向第二玻璃窗152传播的放大光信号103的功率电平的分束器172、以及用于检测分束器172所分割的光信号104的功率电平的第二监控光电二极管171。
控制器180接收来自第一检测器160的光信号102的功率电平和来自第二检测器170的光信号104的功率电平，并将施加于SOA 110的光信号102的功率电平与SOA 110所放大的光信号104的功率电平进行比较，以识别SOA 110的放大增益。控制器180比较由第一和第二检测器160、170检测到的光信号102、104的功率电平，并向SOA 110输出控制信号，以保持恒定的指定放大增益。
输出光纤130向SOA模块的外部输出通过输出单元150的第二会聚透镜系统151会聚在光纤130的一端的接收光信号。
但是，传统的SOA模块采用了每个均具有昂贵的功率分配器或反射镜的多个检测器以检测其自身接收光信号的功率电平和放大光信号的功率电平，导致了制造步骤的增加和生产成本的增加。因此，传统的SOA模块降低了SOA与输入单元之间的耦合效率以及输出单元与输出光纤之间的耦合效率，导致了SOA噪声因素的增加和饱和输出功率的下降。
发明内容
因此，考虑到上述问题，提出本发明，在本发明的一个方面中，一种SOA(半导体光放大器)模块监控放大光信号的放大增益，而没有引起耦合效率的恶化。
依照本发明，可以通过提供一种半导体光放大器(SOA)模块设备来实现上述和其他方面，所述半导体光放大器(SOA)模块设备包括半导体光放大器(SOA)，用于放大施加到其自身的第一级上的光信号，在其自身的第二级输出放大光信号，并在所述第一级，输出ASE(放大的自发辐射)光。所述模块还包括输入单元，具有第一隔离器，向所述SOA的第一级传输输入光信号，控制从所述SOA的所述第一级接收到的所述ASE光，以指定的角度将其从所述输入光信号的传播路径中分离出来，并传输从所述传播路径中分离出来的ASE光。使其自身的光接收表面的朝向垂直于从所述第一隔离器发射出来的ASE光的传播路径的第一监控光电二极管检测所述ASE光的功率电平。输出单元向外部输出从所述SOA的所述第二级接收到的所述放大光信号，并输出其中所形成的部分去耦光信号，以便用于检测从所述输出单元发射出的去耦光信号的第二监控光电二极管的接收。
通过以下结合附图的详细描述，将更为清楚地理解本发明的上述和其他方面、特征和其他优点，在附图中，相同或相似的功能部件在整个附图中以相同或相似的数字表示图1是检测应用于传统的SOA模块的光信号的功率的方框图；图2是检测从传统的SOA模块输出的光信号的功率的方框图；图3是依照本发明第一优选实施例的SOA模块的方框图；图4是依照本发明第二优选实施例的SOA模块的方框图；图5a是示出了应用于图2所示的SOA的光信号的功率电平与在SOA的第一级形成的放大的自发辐射(ASE)光的功率电平之间的关系的曲线图；以及图5b是示出了从SOA的输出单元发射出来的去耦光信号的功率电平与由SOA放大的输出信号的功率电平之间的关系的曲线图。
具体实施例方式
将参照附图，对本发明的优选实施例进行描述。在以下描述中，为了清晰地展示，将省略已知功能和结构的详细描述。
图3是作为非限制性示例示出了依照本发明第一优选实施例的SOA模块的方框图。SOA模块包括输入光纤220、输出光纤230、用于放大接收到的光信号的SOA 210、用于向SOA 210的一端传输从输入光纤220接收到的光信号201的输入单元240、第一监控光电二极管260、用于将由SOA 210放大的光信号203会聚到输出光纤230的一端的输出单元250、第二监控光电二极管270、以及用于控制由SOA 210进行了放大的光信号203的放大增益的控制器280。
输入光纤220向SOA模块传输要进行放大的光信号，而输出光纤230向SOA模块的外部输出由SOA 210进行了放大的光信号203。
SOA 210在其自身的第一级放大所施加的光信号201，并在其第二级输出放大光信号203。在SOA 210的半导体衬底上顺序沉积有下包层、有源层和上包层。可以在位于其上顺序沉积了下包层、有源层和上包层的合成层的中心处的隆起带的两端上沉积用于限制施加在有源层上的电流的窗口层。可以在SOA的最上层上沉积覆盖层。如果输入光通过SOA 210的有源层，按照有源层的放大增益，对SOA 210的输出光进行放大。
SOA 210具有类似于半导体激光器器件的结构。但是，与半导体激光器器件相反，SOA 210以形成行波型SOA的方式在解理区的两端上沉积减反射涂层。SOA 210通过用于接收要进行放大的光信号的一端，在放大光信号的同时，输出其中所产生的ASE光202。
输入单元240包括第一隔离器243、用于准直输入光信号201的第一准直透镜系统241、用于向第一隔离器243传输准直光信号的第一玻璃窗242、以及放置在第一隔离器243与SOA 210之间的第一会聚透镜系统244。输入单元240用作将从输入光纤220输入的光信号201与SOA210的一端耦合的组合器。
第一准直透镜系统241面向输入光纤220的一端，并对光信号201进行准直。第一玻璃窗242放置在准直透镜系统241与第一隔离器243之间，并向第一隔离器243传输在第一准直透镜系统241进行了准直的光信号。
放置在第一隔离器243与SOA 210之间的第一会聚透镜系统244将从第一隔离器243接收到的光信号会聚到SOA 210的第一级上，并向第一隔离器243输出从SOA 210的第一级发射出的ASE光202。
第一隔离器243向第一会聚透镜系统244传输从第一玻璃窗242接收到的光信号，控制从SOA 210接收到的ASE光202，以与传播路径之间的指定角度将其从在第一准直透镜系统241进行了准直的光信号的传播路径中分离出来，并传输从传播路径中分离出来的ASE光202。可以采用与偏振光无关的隔离器作为这种第一隔离器243，并由双折射材料制成。
将第一监控光电二极管260设置在输入单元240的一端，以检测从第一隔离器243接收到的ASE光202的功率电平，并向控制器280输出所检测到的ASE光202的功率电平。为此，设置第一监控光电二极管260，以使其有源层(未示出)垂直于ASE光202的传播路径。
输出单元250用作将由SOA 210进行了放大的光信号203会聚到输出光纤230的一端的组合器。输出单元250包括用于对SOA 210进行了放大的光信号203进行准直的第二准直透镜系统254、用于传输在第二准直透镜系统254进行了准直的光信号的第二隔离器253、用于将由SOA210进行了放大的光信号203会聚到输出光纤230的一端上的第二会聚透镜系统251、以及放置在第二隔离器253与第二会聚透镜系统251之间的第二玻璃窗252。
第二准直透镜系统254面向SOA 210的第二级，并对由SOA 210进行了放大的光信号203进行准直。
第二隔离器253传输在第二准直透镜系统254进行了准直的光信号，并控制部分去耦光信号204，以与传播路径之间的指定角度，将其从在第二准直透镜系统254进行了准直的光信号的传播路径中分离出来，并传输从传播路径中分离出来的去耦光信号204。在传播通过第二隔离器253的同时，以指定的角度射出去耦光信号204，该光信号从准直光信号的传播路径中脱离。可以采用与偏振光无关的隔离器，作为这种第二隔离器253。
第二玻璃窗252位于第二隔离器253与第二会聚透镜系统251之间，并向第二会聚透镜系统251传输从第二隔离器253接收到的准直光信号。第二会聚透镜系统251位于第二玻璃窗252与输出光纤230的一端之间，并将从第二玻璃窗252接收到的光信号会聚到输出光纤230的一端上。
具体地，输出单元250将由SOA 210进行了放大的光信号203会聚到输出光纤230的一端上，并输出部分去耦光信号204，由于反射或散射(dispersion)，部分去耦光信号204脱离朝向输出光纤的放大光信号203的传播路径。
第二监控光电二极管270检测由输出单元250的第二隔离器253形成的去耦光信号204，并向控制器280输出去耦光信号204的功率电平。设置第二光电二极管270的有源层(未示出)，垂直于去耦光信号204的传播路径。具体地，由于反射或散射而形成去耦光信号204，其路径偏离输出光纤230，而朝向已经设置用于接收该信号的第二监控光电二极管270。
控制单元280将第一监控光电二极管260所检测到的ASE光202的功率电平与第二监控光电二极管270所检测到的去耦光信号204的功率电平进行比较，并计算由SOA 210进行了放大的光信号203的放大增益。控制器280将SOA 210的实际放大增益与要在SOA 210维持的指定放大增益进行比较，并向SOA 210输出控制信号，使SOA 210能够恒定地维持指定的稳定放大增益。
图5a作为示例并基于典型的实验数据，示出了应用于图2所示的SOA 210的光信号的功率电平与由SOA 210的第一级所形成的放大的自发辐射(ASE)光的功率电平之间的关系的曲线图。X轴(Pin)表示应用于SOA 210的光信号201的功率电平，左侧的Y轴(Pout)表示由SOA210进行了放大的光信号203的功率电平，而右侧的Y轴(MPDin)表示由放置在输入单元240侧的第一监控光电二极管260所检测到的ASE光202的功率电平。如图中可以看到的那样，由第一监控光电二极管260检测到的ASE光202的功率电平与应用于SOA 210的光信号201的功率电平成反比。
由图5a中的虚线所表示的方框代表用于在接收到由第一监控光电二极管260所检测到的ASE光202的功率电平时，检测应用于输入单元240的光信号201的功率电平的有效检测区域400。有效检测区域400表示其中由第一监控光电二极管260所检测到的ASE光202的功率电平与应用于输入单元240的光信号201的功率电平成反比的指定区域。在区域400外部的放大光信号读数代表比所建议的反比例性高的功率电平。因此，如图所示，将有效检测区域400限定为0.0～0.6mW。
图5b示出了从图2所示的SOA 210的输出单元射出的去耦光信号的功率电平与由SOA 210进行了放大的输出信号的功率电平之间的关系。X轴(Pin)表示应用于SOA 210的光信号201的功率电平，左侧的Y轴(Pout)表示由SOA 210进行了放大的光信号203的功率电平，而右侧的Y轴(MPDout)表示由位于输出单元250侧的第二监控光电二极管270所检测到的去耦光信号204的功率电平。正如从图中可以看到的那样，由输出单元250形成的部分去耦光信号204的功率电平与由SOA210进行了放大的光信号203的功率电平成线性变化。
图4是示出了依照本发明第二优选实施例的SOA模块的可能实施例的方框图。与第一实施例中相同，输出单元250通过以朝向第二光电二极管270的指定角度使光信号203偏离其传播路径而形成部分去耦信号204。但是，第二实施例与第一实施例的区别在于，是第二玻璃窗，而不是第二隔离器，对光信号204进行部分去耦，而且第二实施例中的分离借助于反射。因此，在第二实施例中，由第二隔离器353向第二玻璃窗352传输放大光信号，并由第二玻璃窗352形成部分去耦信号204。正如从上面的描述所清楚的那样，按照本发明的SOA模块检测由隔离器或如玻璃窗等指定模块形成的反射或去耦光信号的功率电平，使其不受I/O光信号耦合效率的影响，并同时检测由SOA进行了放大的光信号的放大增益，实现了最小的噪声因子和最小的饱和输出功率。
尽管已经为了描述的目的，公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员应当清楚，在不偏离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的前提下，多种修改、添加和替换都是可能的。
权利要求
1.一种半导体光放大器(SOA)模块设备，用于放大从输入光纤接收到的光信号，并向输出光纤传输放大光信号，所述半导体光放大器(SOA)模块设备包括半导体光放大器(SOA)，用于放大施加到其自身的第一级上的光信号，在其自身的第二级输出放大光信号，并在所述第一级，输出ASE(放大的自发辐射)光；输入单元，具有第一隔离器，向所述SOA的第一级传输输入光信号，控制从所述SOA的所述第一级接收到的所述ASE光，以指定的角度将其从所述输入光信号的传播路径中分离出来，并传输从所述传播路径中分离出来的ASE光；第一监控光电二极管，用于接收和检测通过了所述第一隔离器的所述ASE光的功率电平；以及输出单元，用于将从所述SOA接收到的所述放大光信号会聚到所述输出光纤的一端上。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于所述输入单元包括第一准直透镜系统，面向所述输入光纤的一端，并对所述光信号进行准直；第一玻璃窗，用于向所述第一隔离器传输在所述第一准直透镜系统进行了准直的所述光信号；第一会聚透镜系统，放置在所述第一隔离器与所述SOA的所述第一级之间，用于将从所述第一隔离器接收到的光信号会聚到所述SOA的所述第一级上，并向所述第一隔离器输出从所述SOA的所述第一级发射出的所述ASE光。
3.按照权利要求1所述的设备，其特征在于还包括控制器，与所述第一监控光电二极管进行通信连接，并配置其用于确定光信号的功率电平，作为所述ASE光的所述检测功率电平的函数。
4.按照权利要求1所述的设备，其特征在于还包括第二监控光电二极管，用于检测从所述输出单元射出而未传输到所述输出光纤的一端的去耦光信号。
5.按照权利要求1所述的设备，其特征在于所述输出单元包括第二准直透镜系统，用于对从所述SOA的所述第二级接收到的所述放大光信号进行准直；第二隔离器，用于传输从所述第二准直透镜系统接收到的所述放大光信号，控制部分去耦光信号，以指定的角度将其从所述放大光信号的传播路径中分离出来，并传输从所述传播路径中分离出来的去耦光信号；第二会聚透镜系统，设置其用于将从所述第二隔离器接收到的所述放大光信号会聚到所述输出光纤的一端上；以及第二玻璃窗，放置在所述第二隔离器与所述第二会聚透镜系统之间，用于向所述第二会聚透镜系统传输所述准直放大光信号。
6.按照权利要求5所述的设备，其特征在于还包括第二监控光电二极管，用于接收和检测所述分离的部分去耦光信号的功率电平。
7.按照权利要求6所述的设备，其特征在于还包括控制器，与所述第二监控光电二极管进行通信连接，并配置其根据所述分离部分去耦光信号的检测功率电平，确定从所述第二级接收到的放大光信号的功率电平。
8.按照权利要求7所述的设备，其特征在于通过折射所述光信号进行所述光信号的分离。
9.按照权利要求7所述的设备，其特征在于配置所述控制器，用于确定由所述SOA进行放大之前的所述光信号的功率电平，作为所述ASE光的所述检测功率电平的函数。
10.按照权利要求1所述的设备，其特征在于所述输出单元包括第二准直透镜系统，用于对从所述SOA的所述第二级接收到的所述放大光信号进行准直；第二会聚透镜系统，用于将在所述第二准直透镜系统进行了准直的所述放大光信号会聚到所述输出光纤的一端上；第二隔离器，放置在所述第二准直透镜系统与所述第二会聚透镜系统之间，用于向所述第二会聚透镜系统传输从所述第二准直透镜系统接收到的所述放大光信号，并切断从所述第二会聚透镜系统接收到的光信号；以及第二玻璃窗，放置在所述第二隔离器与所述第二会聚透镜系统之间，用于向所述第二会聚透镜系统传输从所述第二隔离器接收到的所述放大光信号，并反射部分去耦光信号，从而以指定的角度将其从所述放大光信号的传播路径中分离出来。
11.按照权利要求10所述的设备，其特征在于还包括第二监控光电二极管，用于接收和检测所述反射部分去耦光信号的功率电平。
12.按照权利要求11所述的设备，其特征在于还包括控制器，与所述第二监控光电二极管进行通信连接，并配置其根据所述反射部分去耦光信号的检测功率电平，确定从所述第二级接收到的放大光信号的功率电平。
13.按照权利要求12所述的设备，其特征在于配置所述控制器，用于确定由所述SOA进行放大之前的所述光信号的功率电平，作为所述ASE光的所述检测功率电平的函数。
14.一种半导体光放大器(SOA)模块设备，用于放大从输入光纤接收到的光信号，并向输出光纤传输放大光信号，所述半导体光放大器(SOA)模块设备包括半导体光放大器(SOA)，具有第一级和第二级，所述SOA用于放大施加到所述第一级上的光信号，在所述第二级输出放大光信号，并在所述第一级，输出ASE(放大的自发辐射)光；输入单元，向所述SOA的所述第一级传输输入光信号，控制从所述SOA的所述第一级接收到的所述ASE光，以指定的角度将其从所述输入光信号的传播路径中分离出来，并传输从所述传播路径中分离出来的ASE光；第一监控光电二极管，用于接收和检测分离ASE光的功率电平；输出单元，用于将从所述SOA接收到的所述放大光信号会聚到所述输出光纤的一端上；以及控制器，与所述第一监控光电二极管、所述输出单元和所述SOA通信连接，并配置其用于调整所述SOA的放大水平。
15.按照权利要求14所述的设备，其特征在于配置所述控制器，用于确定所述光信号的功率电平，作为所述ASE光的所述检测功率电平的函数。
16.按照权利要求14所述的设备，其特征在于还包括第二监控光电二极管，用于检测从所述输出单元射出而未传输到所述输出光纤的一端的去耦光信号。
17.按照权利要求14所述的设备，其特征在于所述输出单元包括第一隔离器，用于向所述第一级传输所述输入光信号，而且所述输出单元包括第二准直透镜系统，用于对从所述SOA的所述第二级接收到的所述放大光信号进行准直；第二隔离器，用于传输从所述第二准直透镜系统接收到的所述放大光信号，控制部分去耦光信号，并以指定的角度将其从所述放大光信号的传播路径中分离出来，并传输从传播路径分离出来的所述去耦光信号；第二会聚透镜系统，用于将从所述第二隔离器接收到的所述放大光信号会聚到所述输出光纤的一端上；以及第二玻璃窗，放置在所述第二隔离器与所述第二会聚透镜系统之间，用于向所述第二会聚透镜系统传输所述准直放大光信号。
18.按照权利要求17所述的设备，其特征在于还包括第二监控光电二极管，用于接收和检测所述分离部分去耦光信号的功率电平。
19.按照权利要求18所述的设备，其特征在于配置所述控制器，根据所述分离部分去耦光信号的所述检测功率电平，确定从所述第二级接收到的所述放大光信号的功率电平。
20.按照权利要求19所述的设备，其特征在于通过折射所述光信号进行所述光信号的分离。
全文摘要
一种半导体光放大器(SOA)模块，在放大因子的基于反馈的调整中，依赖于来自SOA的第一级的放大的自发辐射(ASE)。由输入单元中的隔离器以与输入光信号的传播路径之间的指定角度、朝向检测所述ASE光的功率的光电检测器偏转所述ASE。由从光电检测器接收了检测功率电平以及还从另一光电检测器接收了SOA中进行放大之后的光信号的功率电平的控制器进行调整。
文档编号H01S5/50GK1573496SQ20041000681
公开日2005年2月2日 申请日期2004年2月24日 优先权日2003年5月21日
发明者尹仁国, 李定锡 申请人:三星电子株式会社