使用半导体光放大器的宽带光源.pdf

提供了一种使用半导体光放大器的宽带光源。所述宽带光源包括：半导体光放大器，包括：充当增益区域的有源层，下包层，上包层，以及形成在有源层两端的防反射层；以及反射器，位于半导体光放大器的外部，用于反射从半导体光放大器输出的光，从而将反射光输入回有源层，以便使半导体放大器的增益波动最小化。

1、  一种宽带光源，包括：
半导体光放大器，包括：充当增益区域的有源层，分别位于有源层的下表面和上表面的下包层和上包层，以及形成在有源层两端的防反射层；以及
反射器，用于反射从所述半导体光放大器输出的光，从而将反射光输入回所述有源层，以便使所述半导体光放大器的增益波动最小化。

2、  按照权利要求1所述的宽带光源，其特征在于所述半导体光放大器包括行波半导体光放大器和反射半导体光放大器之一。

3、  按照权利要求1所述的宽带光源，其特征在于还包括光波导，用于实现所述半导体光放大器和所述反射器之间的光耦合。

4、  按照权利要求3所述的宽带光源，其特征在于所述光波导的长度至少是由所述半导体光放大器产生的光的放大自发辐射的相干长度的二倍。

5、  按照权利要求4所述的宽带光源，其特征在于所述光波导的长度为10mm或更长。

6、  按照权利要求1所述的宽带光源，其特征在于所述反射器具有1×10-5或更高的反射率。

7、  按照权利要求1所述的宽带光源，其特征在于还包括偏振控制器，用于控制所述半导体光放大器的偏振依赖性。

8、  一种宽带光源，包括：
半导体光放大器；
反射器，用于反射从所述半导体光放大器的一端输出的光；以及
光波导，用于实现所述半导体光放大器和所述宽带反射器之间的光耦合。

9、  按照权利要求8所述的宽带光源，其特征在于所述光放大器还包括：有源层，作为增益区域；下包层和上包层，形成在有源层的下表面和上表面上；以及防反射涂层，位于有源层的两端。

10、  按照权利要求8所述的宽带光源，其特征在于所述半导体光放大器产生的光经过所述光波导到达所述反射器，被反射回所述半导体光放大器的有源层。

11、  按照权利要求8所述的宽带光源，其特征在于所述半导体光放大器包括行波半导体光放大器和反射半导体光放大器之一。

12、  按照权利要求8所述的宽带光源，其特征在于所述光波导的长度至少是由所述半导体光放大器产生的光的放大自发辐射的相干长度的二倍。

13、  按照权利要求8所述的宽带光源，其特征在于所述光波导的长度为10mm或更长。

14、  按照权利要求8所述的宽带光源，其特征在于所述反射器具有1×10^-5或更高的反射率。

15、  按照权利要求8所述的宽带光源，其特征在于还包括偏振控制器，用于控制所述半导体光放大器的偏振依赖性。

使用半导体光放大器的宽带光源
优先权要求
本申请要求2003年10月13日向韩国工业产权局递交的题为“BROAD-BAND LIGHT SOURCE USING A SEMICONDUCTOROPTICAL AMPLIFIER”的优先权，其序列号为2003-71001，其内容这里一并作为参考。
技术领域
本发明涉及一种使用半导体光放大器的宽带光源。
背景技术
通常地，宽带光源包括发光二极管(LED)、超级发光二极管(SLED)、掺铒光纤放大器(EDFA)等。特别是，由于可以稳定地获得大功率的偏振不敏感光，EDFA得到了广泛应用。然而，由于从EDFA发射的光的波长范围是有限的，EDFA作为宽带光源使用受到了限制。此外，EDFA大于多数可用的半导体器件，所以，难以通过规模生产来降低EDFA的生产成本。因此，需要克服这些与EDFA相关的问题。
目前，当宽带光源广泛使用于波分复用(WDM)无源光网络(PON)领域时，比其他传统光器件便宜的半导体光放大器(SOA)作为宽带光源得到了普及。
可以将半导体光放大器(SOA)用作光交换机中的放大器和光元件、波长转换器、全光逻辑电路、信号再生器和发射器/接收器。正如所述的那样，SOA根据其应用具有不同的结构。
图1是具有放大通过输入端输入的光，然后通过输出端输出放大光的功能的传统行波半导体光放大器(SOA)100的示意图。行波SOA100包括：有源层101，充当增益区域；形成在有源层下表面和上表面的下包层和上包层102和103，用于限制进入有源层101的光路；以及反射涂层104和105，分别具有反射率R₁和R₂。图1中的箭头表示光的放大自发辐射(ASE)。
为了使用SOA作为宽带光源，希望使用反射SOA，其中将光从一个表面输入并输出，从而产生光的放大自发辐射(ASE)。
图2是传统的反射半导体光放大器(SOA)200的示意图。反射SOA 200包括：充当增益区域的有源层201、下包层202、上包层203、具有反射率R₃的AR涂层204以及具有反射率R₄的高反射涂层205。反射SOA 200与图1所示的行波SOA 100的不同之处在于，其中在反射SOA 200的有源层201的一个表面上形成AR涂层204，在反射SOA200的有源层201的另一表面上形成高反射涂层205。如所述的那样，在反射SOA 200内，通过有源层201的一个表面输入的光不通过有源层201的另一表面输出，而是再一次经过有源层201反射和放大，然后通过输入端输出。
为了保持低增益波动，需要降低传统反射SOA 200的AR涂层204的反射率。图3是示出了根据增益和放大器横截面的反射率的变化的增益波动的变化的曲线图。应当注意，为了在高增益中获得不多于10％(0.5dB)的增益波动，必须保持低反射率。例如，在放大器具有30dB的增益(5)的情况下，放大器的两个表面上的反射率R₃和R₄的乘积必须大于1×10^-8，以获得小于0.5dB的增益波动。从而，如果假设高反射涂层的反射率大于30％，则可以得到的结论是在输出端的反射率必须不大于1×10^-8。然而，由于通过使用波导、窗口和防反射涂层的角结构来制造半导体光放大器的一般过程所获得的反射率大约1×10^-5，如图4所示，增益波动相当高。因此，当在非常低的增益区域中操作放大器时，放大器可以轻松地获得低增益波动特性。然而，为了在高增益区域获得低增益波动特性，必须极大地降低放大器输出端的反射率。
发明内容
所以，鉴于上述问题提出本发明，并通过提供一种使用半导体光放大器的宽带光源，其即使在高增益区域，仍保持低增益波动，而无需降低输出端的反射率，来提供额外的优点。
根据本发明，一种宽带光源，包括：半导体光放大器，具有充当增益区域的有源层、下包层、上包层和形成在有源层的两端的防反射层；以及反射器，位于半导体光放大器的外部，用于反射从半导体光放大器输出的光，从而将反射光再次输入到有源层，以便使半导体光放大器的增益波动最小化。
优选地，所述宽带光源还可以包括：光波导，用于实现半导体光放大器和反射器间的光耦合，而且所述光波导可以具有来自半导体光放大器的光的放大自发辐射的相干长度几倍的长度。
此外，所述宽带光源还可以包括：偏振控制器，用于控制半导体光放大器的偏振依赖性。
附图说明
参照附图，根据以下详细描述，将更为清楚地了解本发明的以上特征和其它优点，其中：
图1是传统行波半导体光放大器的示意图；
图2是传统反射半导体光放大器的示意图；
图3是示出了根据增益和放大器横截面地反射率的变化的增益波动的变化的曲线图；
图4是示出了并未降低其横截面的反射率的反射半导体光放大器的光谱的曲线图；
图5是根据本发明一个实施例的使用半导体光放大器的宽带光源的示意图；以及
图6是根据本发明另一实施例的使用半导体光放大器的宽带光源的示意图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。即使在不同的图中描述它们，图中相同或相似的元件仍由相同的参考数字表示。为了清楚和简化的目的，当其可能使本发明的主题模糊不清时，将省略与本文相关的已知功能和结构的详细描述。
图5是根据本发明一个实施例的使用半导体光放大器的宽带光源的示意图。
如图5所示，宽带光源500包括：半导体放大器510；宽带反射器530，用于反射从半导体光放大器510的一端输出的光；以及光波导520，用于实现半导体光放大器510和宽带反射器530之间的光耦合。
光放大器510还包括：充当增益区域的有源层511；形成在有源层511的下表面和上表面的下包层和上包层512和513，用于限制进入有源层511的光路径；以及防反射(AR)涂层514和515，分别具有反射率R₅和R₆。
宽带反射器530用作高反射涂层，并且可以根据宽带光源的各自应用要求的规格选择宽带反射器530的反射率。通常，当宽带反射器530的反射率增加时，可以获得加强的输出功率、低增益波动、红移中心波长并且可以减小AR涂层514的半高宽(FWHM)。此外，对于宽带反射器530的反射率，具有低光限制系数的半导体光放大器510比具有高光限制系数的半导体放大器510更加敏感。光限制系数由半导体光放大器510的有源层511的结构决定。由于通过使用波导、窗口和防反射涂层的角结构制造半导体光放大器的一般过程所获得的反射率大约为1×10^-5，优选的是，宽带反射器530具有大于放大器的输入或输出端的反射率1×10^-5的反射率。
现在，将根据本发明的一个实施例，详细描述上述宽带光源500的操作。
仍然参照图5，通过具有反射率R₆的AR涂层反射反射由有源层511放大的光的ASE的一部分，输出光的ASE的剩余部分。输出光到达光波导520，然后由宽带反射器530反射。通过AR涂层515将反射光输入回半导体光放大器510的有源层511，由半导体光放大器510对其进行放大，然后通过AR涂层514输出。也就是说，在本发明中，将用于反射输出光的高反射涂层设置在半导体光放大器外，这反过来具有降低增益波导的效果。由于光的相干性产生的Fabry-Perot模式引起增益波动，上述光是通过在半导体放大器的有源层的两端注入外部电流而产生的。因此，在如本发明那样，将反射器设置在半导体光放大器的外部的情况下，当光通过有源层放大并通过波导到达反射器时，光失去了其相干性。因此，不产生增益波动。然而，存在由半导体光放大器两端的、值在零以上的反射率产生的轻微增益波动。注意的是，波导具有通过半导体光放大器放大的光的ASE的相干长度几倍的长度(例如，10mm或更多)。
图6是根据本发明另一实施例的使用半导体光放大器的宽带光源600的示意图。宽带光源600包括：半导体放大器610；宽带反射器630，用于反射从半导体光放大器610的一端输出的光；以及光波导620，用于实现半导体光放大器610和宽带反射器630之间的光耦合。宽带光源600还包括：偏振控制器640，位于半导体光放大器610和宽带反射器630之间的光波导620上。
除了还设置了偏振控制器640，以控制半导体光放大器610的偏振依赖性以外，第二实施例的结构和操作本质上与参照图5的上述描述相同。因此，由于他们已经参照图5进行描述，省略在先前段落描述的相似元件的讨论以避免冗余。尽管半导体光放大器610具有偏振依赖性，偏振控制器640用于消除在其输出端的偏振依赖性。
从上述描述清楚的是，本发明提供了使用半导体光放大器的宽带光源，其中用作用于反射光的高反射涂层的宽带反射器位于半导体光放大器的外部，从而降低了由光的相干性产生的增益波动。因此，本发明的宽带光源降低了对半导体光放大器两端的反射率的要求，因此使半导体光放大器的产量最大化。此外，本发明的宽带光源还可以包括偏振控制器，从而控制半导体光放大器的偏振依赖性。
尽管只详细的描述了本发明的一个实施例，本领域的技术人员应当清楚的是，在不偏离由所附权利要求所公开的本发明的范围和精神的前提下，对特定元件的修改、添加和替换是可能的。