用于光通信系统的半导体光放大器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光通信技术，具体地，涉及一种用于通信系统中的用于光通信系统的 半导体光放大器。
【背景技术】
[0002] FSAN和ITU-T最近已经宣布下一代无源光网络NGP0N2应当能够达到超过40km的 无源可达范围而且其功率预算应当不小于29dB并且支持至少1 : 64的分光比。因此，存 在一种对于上行信号和下行信号的信号放大的持续的需求。未来的时分波分复用无源光网 络（TWDM-P0N)的波长范围为上行波长窗处于C-波段（1524-1544nm)而下行信号波长范围 在L+波段（1596-1603nm)。另一方面，波分复用无源光网络（WDM-P0N)采用包含C和L波 段的全光谱范围即从1524nm到1625nm的全波段。
[0003] 对于TWDM/WDM Ρ0Ν信号放大来说，传统的光纤放大器由于其有限的放大波长窗 (仅仅为从1530至1560nm)而不能放大L波段，因此，不再适用于下一代的TWDM/WDM Ρ0Ν。 替代的解决方案使用半导体光放大器S0A，因为其放大范围在1280nm至1650nm范围内，但 是传统的可用的半导体光放大器诸如InGaAsP或者GalnNAs量子阱S0A仍会遭受小于3dB 增益带宽（通常为60nm)，因此尤其是对于WDM-P0N来说限制了有效的传输信道数量。
[0004] 图1示出了依据现有技术的长距离无源光网络架构100。从图中可以看出， 依据介绍此附图的文献"R. Bonk，et al，" Long Reach Passive Optical Network Architectures. " In Proceedings of Photonic Networks :15. ITG Symposium, pp. 1-5. VDE，2014"可知，在图1中的结构（b)中需要2(x-l)个半导体光放大器，一方面其数量的上 升带来了不利的成本和额外的能源消耗的上升，而且由于每个S0A半导体光放大器仅仅能 够处理上行光或者下行光，所以在放大阶段必须先引入光栅来分开上行光和下行光，而且 在处理之后再要经过光栅进行混合，这样一来便引入了额外的噪声，使得传输性能下降了。
【发明内容】
[0005] 根据上述对【背景技术】以及存在的技术问题的理解，本发明提出了一种用于光通信 系统的半导体光放大器，其特征在于，所述半导体光放大器的有源层的结构为包括第一有 源层和第二有源层的双有源层结构。
[0006] 依据本发明的用于光通信系统的半导体光放大器的3dB增益带宽能够达到至少 100nm的带宽，从而能够覆盖时分波分复用无源光网络（TWDM-P0N)以及波分复用无源光网 络（WDM-P0N)的最新设计要求，一方面能够实现上下行信号的半导体光放大器的复用，从 而减少光放大器的数量并且降低光放大器乃至整个无源光网络的架构成本；此外还减小了 由于数量众多的光放大器所带来的功率损害并且减小了其所引入的噪声从而提高了整个 系统的信号传输性能。
[0007] 在依据本发明的一个实施例中，所述第一有源层为量子阱层并且所述第二有源层 为量子点层。本领域的技术人员应当了解，其他合适的有源层结构也是可行的，本发明的重 点在于使用两层有源层而非如传统的半导体光放大器那样使用单层的有源层。其中，这样 的双层有源层结构能够叠加，即使用多组双有源层来制造半导体光放大器，这样能够增大 半导体光放大器的放大范围。
[0008] 在依据本发明的一个实施例中，所述第一有源层和所述第二有源层的材料是相同 的。本领域的技术人员应当了解，材料不同也是可能的，只要其能够实现本发明的作用。而 材料相同的设置能够更加便于制造和有利于成本的控制。
[0009] 在依据本发明的一个实施例中，所述第一有源层和/或所述第二有源层的材料为 铟砷氮钾或铟钾砷磷。本领域的技术人员应当了解，其他材料也是可能的，只要其能够实现 本发明的作用。
[0010] 在依据本发明的一个实施例中，所述第一有源层和所述第二有源层之间的能级差 保持在预定阈值之下，以增强电子在所述第一有源层和所述第二有源层之间的相互作用。 [0011] 在依据本发明的一个实施例中，所述预定阈值为电子热能量。
[0012] 在依据本发明的一个实施例中，所述电子热能量的值为25meV。
[0013] 在依据本发明的一个实施例中，所述第一有源层和所述第二有源层之中的电子浓 度大体上相等，以确保所述第一有源层和所述第二有源层均达到预定的放大条件。
[0014] 在依据本发明的一个实施例中，所述半导体光放大器的3dB增益带宽能够达到至 少100nm的带宽。
[0015] 在依据本发明的一个实施例中，包括第一有源层和第二有源层的所述双有源层结 构的顶部和底部分别覆盖一层砷钾铝包层。
[0016] 在依据本发明的一个实施例中，所述砷钾铝层远离所述双有源层结构的一侧具有 砷化钾阻挡层或者砷化钾衬底层。
[0017] 在依据本发明的一个实施例中，所述砷化钾衬底层远离所述双有源层结构的一侧 具有底部接触面和/或所述砷化钾层远离所述双有源层结构的一侧具有顶部接触面。
[0018] 依据本发明的用于光通信系统的半导体光放大器的3dB增益带宽能够达到至少 100nm的带宽，从而能够覆盖时分波分复用无源光网络（TWDM-P0N)以及波分复用无源光网 络（WDM-P0N)的最新设计要求，一方面能够实现上下行信号的半导体光放大器的复用，从 而减少光放大器的数量并且降低光放大器乃至整个无源光网络的架构成本；此外还减小了 由于数量众多的光放大器所带来的功率损害并且减小了其所引入的噪声从而提高了整个 系统的信号传输性能。
【附图说明】
[0019] 通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特 征、目的和优点将会变得更明显。
[0020] 图1示出了依据现有技术的长距离无源光网络架构100 ;
[0021] 图2示出了依据本发明所述的用于光通信网络的半导体光放大器的结构示意图 200 ；
[0022] 图3描述了当一个量子点和一个量子阱相互作用下的电子散射过程并定义了相 对应的时间常数示意图；
[0023] 图4示出了在依据本发明的一个实施例的半导体光放大器的末端上的量子阱和 量子点中的电子和光子浓度不意图400 ;
[0024] 图5示出了材料增益谱的比较图500 ;
[0025] 图6示出了信号放大增益和输入光功率的关系图600 ;
[0026] 图7 7K出了三组双有源层半导体光放大器的结构及能量列表7K意图700 ;
[0027] 图8示出了叠加的材料增益谱的比较图800 ;以及
[0028] 图9示出了信号放大增益谱的比较图900。
[0029] 在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块） 或步骤。
【具体实施方式】
[0030] 在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所 附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在 穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他 实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本 发明的范围由所附的权利要求所限定。
[0031] 图1示出了依据现有技术的长距离无源光网络架构，由于该架构已经在【背景技术】 部分加以描述，故在此为了避免重复描述而省略掉了。
[0032] 本发明提出了一种用于光通信系统的半导体光放大器，其特征在于，所述半导体 光放大器的有源层的结构为包括第一有源层和第二有源层的双有源层结构。
[0033] 依据本发明的用于光通信系统的半导体光放大器的3dB增益带宽能够达到至少 100nm的带宽，从而能够覆盖时分波分复用无源光网络（TWDM-P0N)以及波分复用无源光网 络（WDM-P0N)的最新设计要求，一方面能够实现上下行信号的半导体光放大器的复用，从