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电吸收调制器由于具备小工作电压、小尺寸、易于集成等优点,在高速光通信系统中发挥着重要的作用。电吸收调制分布反馈半导体激光器(EML)集成光源是大容量、长距离干线光通信系统的理想光源,受到广泛关注。本论文围绕10Gb、40Gb/s的电吸收调制分布反馈激光器集成光源从外延生长、器件制备和高频测试等方面开展了如下研究工作:
1.采用选区外延生长法(SAG)成功研制出高性能10 Gb/s高速EML芯片。通过引入低介电常数的BCB树脂,在不减小调制器腔长的条件下(EAM腔长为170μm),将芯片的3 dB响应带宽从8GHz提高到了20 GHz以上,为同样调制器腔长下的EML的最好结果;该EML芯片在标准的G.655单模光纤中进行了10 Gb/s非归零伪随机码(NRZ)的传输,背对背“眼图”清晰张开,经过了75 km的传输距离后,“眼图”质量没有明显恶化。对器件进行了7针蝶形模块的完全封装,模块出光功率大于6mW,3dB带宽超过了20GHz;
2.提出了一种改进型的Butt-joint技术改善了激光器和调制器之间的耦合效率,实现了调制器和激光器间平滑的对接耦合界面。所制备的脊型EML器件获得了优良的性能:阈值电流约为15mA左右,斜率效率为0.106W/A,EAM输出端面的远场发散角为19.3°(水平)×13°(垂直),耦合光纤测得的消光比大于35dB;
3.通过优化SAG技术生长条件,生长出性能优良的MQW材料。结合BCB平坦化工艺,分别采用三种方案将调制器的电容减小至0.2pF,分别成功制备出低啁啾的、可用于40Gbit/s调制速率的集总型脊波导EML芯片。其中采用EAM区为深脊型波导的EML芯片,激射阈值为20 mA,在DFB端注入电流为100 mA,EAM端反向偏压为0 V时的EML管芯出光功率近8 mW,边模抑制比大于40dB。耦合光纤测得的消光比大于25 dB,大面积Ge探测器所测试的消光比为10dB@5V。器件的小信号3 dB响应带宽达到了33GHz以上,当反向偏压大于或等于1.6V时,器件实现了零啁啾或负啁啾工作;
4.对行波EML展开了研究,通过分析波导的高频特性,得出了影响器件高频特性的因素。在此基础上,设计并制备出行波EML器件,出光效率为0.109 mW/mA,光纤耦合测得的消光比达到14.5dB;
5.通过在传统的量子阱中引入内台阶势垒和在多量子阱的阱区采用张应变InGaAsP材料,成功研制出饱和功率大于21dBm的电吸收调制器。