本申請涉及硅光集成器件和光波導放大領(lǐng)域，具體涉及一種任意位置泵浦耦合的光放大集成芯片。

背景技術(shù)：

1、光放大集成芯片在通信系統(tǒng)和傳感領(lǐng)域?qū)ξ⑿⌒盘柕奶綔y中發(fā)揮著不可或缺的作用。光放大集成芯片的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，尤其在通信系統(tǒng)和傳感領(lǐng)域，其作用尤為顯著。在通信領(lǐng)域，光放大集成芯片通過光電轉(zhuǎn)換，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，實現(xiàn)高速、大容量的數(shù)據(jù)傳輸。這種轉(zhuǎn)換過程對于確保信號的穩(wěn)定傳輸至關(guān)重要，尤其是在光纖通信中，通過增強光信號的強度，保證信號的傳輸質(zhì)量和距離。此外，光放大集成芯片還能對不同波長的光信號進行分析和處理，這對于實現(xiàn)多波長光信號的傳輸和處理至關(guān)重要。

2、相關(guān)技術(shù)中，利用光放大集成芯片上的波分復用結(jié)構(gòu)進行跨波段合束，其耦合效率較低，因此跨波段片上高效耦合是當前急需解決的難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┮环N任意位置泵浦耦合的光放大集成芯片，利用光放大集成芯片上的模式復用結(jié)構(gòu)進行跨波段合束，可以解決其耦合效率較低的技術(shù)問題，以及實現(xiàn)了任意位置泵浦耦合的靈活性。

2、本申請實施例提供一種任意位置泵浦耦合的光放大集成芯片，其包括：

3、端面耦合輸入波導結(jié)構(gòu)，其用于基模信號光和基模泵浦光耦合輸入；

4、模式復用結(jié)構(gòu)，其用于將基模泵浦光轉(zhuǎn)換為一階模式泵浦光，并將基模信號光和一階模式泵浦光合束；

5、增益放大波導結(jié)構(gòu)，其用于將基模信號光進行放大；

6、至少一個耦合泵浦光結(jié)構(gòu)，其用于將基模泵浦光耦合引入所述增益放大波導結(jié)構(gòu)的任意位置；

7、模式解復用結(jié)構(gòu)，其用于將一階模式泵浦光和放大后的基模信號光進行解復用；

8、端面耦合輸出結(jié)構(gòu)，其用于基模泵浦光和放大后的基模信號光的耦合輸出；

9、所述端面耦合輸入波導結(jié)構(gòu)、所述模式復用結(jié)構(gòu)、所述增益放大波導結(jié)構(gòu)、所述模式解復用結(jié)構(gòu)和所述端面耦合輸出結(jié)構(gòu)依次相連，所述耦合泵浦光結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述增益放大波導結(jié)構(gòu)的傳輸路徑。

10、在一種實施方式中，所述模式復用結(jié)構(gòu)包括：

11、第一輸入波導，其用于基模泵浦光輸入；

12、第二輸入波導，其用于基模信號光輸入；

13、第一耦合波導和第二耦合波導，其用于將輸入的基模泵浦光轉(zhuǎn)換為一階模式泵浦光；

14、輸出波導，其用于基模信號光和一階模式泵浦光輸出；

15、所述第一輸入波導和所述第一耦合波導連接，所述第二輸入波導、所述第二耦合波導和所述輸出波導依次相連，且所述第一耦合波導與所述第二耦合波導平行布置。

16、在一種實施方式中，所述模式復用結(jié)構(gòu)包括：

17、襯底層一；

18、氧化層一，其覆蓋于所述襯底層一的頂面；

19、脊型傳輸層一，其覆蓋于所述脊型傳輸層一的頂面；

20、波導包層一，其覆蓋于所述脊型傳輸層一的頂面。

21、在一種實施方式中，所述襯底層一的材料包括硅，所述脊型傳輸層一的材料包括氮化硅，所述氧化層一和所述波導包層一的材料包括二氧化硅。

22、在一種實施方式中，所述增益放大波導結(jié)構(gòu)包括：

23、襯底層二；

24、氧化層二，其覆蓋于所述襯底層二的頂面；

25、脊型波導增益層，其覆蓋于所述氧化層二的頂面；

26、波導包層二，其覆蓋于所述脊型波導增益層的頂面。

27、在一種實施方式中，所述襯底層二的材料包括硅，所述脊型波導增益層的材料包括摻鉺氮化硅，所述氧化層二和所述波導包層二的材料包括二氧化硅。

28、在一種實施方式中，所述端面耦合輸入波導結(jié)構(gòu)和所述端面耦合輸出結(jié)構(gòu)包括光柵耦合結(jié)構(gòu)、基于模斑變換結(jié)構(gòu)的端面耦合結(jié)構(gòu)或陣列耦合結(jié)構(gòu)。

29、在一種實施方式中，所述端面耦合輸入波導結(jié)構(gòu)、所述模式復用結(jié)構(gòu)、所述增益放大波導結(jié)構(gòu)、所述模式解復用結(jié)構(gòu)和所述端面耦合輸出結(jié)構(gòu)的波導上包層材料包括二氧化硅或聚甲基丙烯酸甲酯。

30、在一種實施方式中，所述增益放大波導結(jié)構(gòu)的增益波導包括歐拉彎曲的直波導或螺旋型結(jié)構(gòu)。

31、在一種實施方式中，所述模式復用結(jié)構(gòu)和所述模式解復用結(jié)構(gòu)包括非對稱定向耦合器或?qū)ΨQ定向耦合器結(jié)構(gòu)。

32、本申請實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果包括：

33、通過模式復用結(jié)構(gòu)實現(xiàn)泵浦光與信號光之間的高效耦合，信號光的基模與其他模式之間的相位失配可防止信號光泄漏到模式復用結(jié)構(gòu)的上耦合波導中，實現(xiàn)基模信號光的低損耗與低串擾耦合，進而實現(xiàn)高效傳輸。通過在增益放大波導結(jié)構(gòu)的任意位置可以放置至少一個耦合泵浦光結(jié)構(gòu)進行泵浦光耦合，以實現(xiàn)光能的傳輸和放大，其具備便利性、性能好、緊湊的特點，其中，增益放大波導結(jié)構(gòu)可以補償光纖傳輸過程中的損耗，利用增益放大波導結(jié)構(gòu)在泵浦光的作用下形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，進而對入射光信號提供光增益。

技術(shù)特征：

1.一種任意位置泵浦耦合的光放大集成芯片，其特征在于，其包括：

2.如權(quán)利要求1所述的任意位置泵浦耦合的光放大集成芯片，其特征在于，

3.如權(quán)利要求1所述的任意位置泵浦耦合的光放大集成芯片，其特征在于，

4.如權(quán)利要求3所述的任意位置泵浦耦合的光放大集成芯片，其特征在于，

5.如權(quán)利要求1所述的任意位置泵浦耦合的光放大集成芯片，其特征在于，

6.如權(quán)利要求5所述的任意位置泵浦耦合的光放大集成芯片，其特征在于，

7.如權(quán)利要求1所述的任意位置泵浦耦合的光放大集成芯片，其特征在于，

8.如權(quán)利要求1所述的任意位置泵浦耦合的光放大集成芯片，其特征在于，

9.如權(quán)利要求1所述的任意位置泵浦耦合的光放大集成芯片，其特征在于，

10.如權(quán)利要求1所述的任意位置泵浦耦合的光放大集成芯片，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及一種任意位置泵浦耦合的光放大集成芯片，其包括：端面耦合輸入波導結(jié)構(gòu)；模式復用結(jié)構(gòu)，其用于將基模泵浦光轉(zhuǎn)換為一階模式泵浦光，并將基模信號光和一階模式泵浦光合束；增益放大波導結(jié)構(gòu)，其用于將基模信號光進行放大；至少一個耦合泵浦光結(jié)構(gòu)，其用于將基模泵浦光耦合引入所述增益放大波導結(jié)構(gòu)的任意位置；模式解復用結(jié)構(gòu)，其用于將一階模式泵浦光和放大后的基模信號光進行解復用；端面耦合輸出結(jié)構(gòu)，其用于基模泵浦光和放大后的基模信號光的耦合輸出。利用光放大集成芯片上的模式復用結(jié)構(gòu)進行跨波段合束，解決了其耦合效率低的問題，以及實現(xiàn)了任意位置泵浦耦合的靈活性。

技術(shù)研發(fā)人員：陳寶寶,肖希
受保護的技術(shù)使用者：武漢郵電科學研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6