DE10258475B4 - Optical semiconductor amplifier - Google Patents

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Abstract

Optischer Halbleiterverstärker (10) zum Verstärken eines optischen Eingangssignals (Pin) mit einem auf einem Halbleitersubstrat (100) angeordneten optischen Verstärkungsbereich (20) und einem Pumplaser (60) zum Erzeugen einer optischen Pumpwelle für den optischen Verstärkungsbereich (20), wobei der Pumplaser (60) und der Verstärkungsbereich (20) derart auf dem Halbleitersubstrat (100) angeordnet sind, dass sich die Pumpwelle (80) parallel zur Substratoberfläche ausbreitet und in den Verstärkungsbereich (20) einstahlt, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumplaser (60) den Verstärkungsbereich (20) kreuzt und zwischen dem Verstärkungsbereich (20) und dem Pumplaser (60) jeweils Isolationsgräben (340, 350) vorhanden sind, die den Verstärkungsbereich (20) von dem Pumplaser (60) elektrisch trennen.optical Semiconductor amplifier (10) for amplifying an optical input signal (pin) with a on a semiconductor substrate (100) arranged optical amplification area (20) and a Pumplaser (60) for generating an optical pumping shaft for the optical gain range (20), wherein the pump laser (60) and the gain region (20) are so on the semiconductor substrate (100) are arranged, that the pump shaft (80) parallel to the substrate surface spreads and into the reinforcement area (20), characterized in that the pump laser (60) the reinforcement area (20) and between the reinforcement region (20) and the Pumplaser (60) each isolation trenches (340, 350) are present, the reinforcement area (20) electrically separate from the pumping laser (60).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Halbleiterverstärker mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a semiconductor optical amplifier the features according to the preamble of claim 1

Die Verstärkung in optischen Halbleiterverstärkern, auch semiconductor optical amplifier (SOA) genannt, ist abhängig von der optischen Leistungsdichte im Verstärkungsbereich des Halbleiterverstärkers im Verstärkungsbetrieb. Die Abhängigkeit der Verstärkung von der optischen Leistungsdichte wird verursacht durch im Wesentlichen zwei Prozesse: Zum einen gibt es eine nichtlineare Unterdrückung der Verstärkung, deren Zeitkonstante im Bereich von ca. 10 Femtosekunden liegt. Darüber hinaus gibt es einen demgegenüber langsameren Prozess, der die Ladungsträgerdichte im Verstärkungsbereich verändert und wesentlich durch strahlende und nichtstrahlende Rekombination, insbesondere Auger-Rekombination, und Diffusion von Ladungsträgern bestimmt ist. Die Zeitkonstante der strahlenden und nichtsstrahlenden Rekombinationsprozesse und die des Diffusionsprozesses liegen in der Größenordnung von einigen Nanosekunden.The reinforcement in semiconductor optical amplifiers, also called semiconductor optical amplifier (SOA), is dependent on the optical power density in the gain region of the semiconductor amplifier in Boost operation. The dependence the reinforcement from the optical power density is caused by substantially two processes: First, there is a nonlinear suppression of gain whose time constant is in the range of about 10 femtoseconds. Furthermore there is one opposite slower process, which is the charge carrier density in the gain region changed and essentially by radiative and non-radiative recombination, in particular Auger recombination, and diffusion of charge carriers is determined. The time constant of radiative and non-radiative recombination processes and those of the diffusion process are on the order of a few nanoseconds.

Die physikalischen Vorgänge in Halbleiterverstärkern sind in der Druckschrift „The Gain Decompression Effect and its Application to Very Fast Wavelength Conversions" (J. H. Chen et al., IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 9, No. 6, June 1997, pp. 755 – 757) erläutert. Demgemäß reduziert sich mit zunehmender Leistungsdichte im Halbleiterverstärker die optische Verstärkung, weil die zur Verstärkung verfügbaren angeregten Ladungsträger durch Rekombination schneller abnehmen, als sie durch Strominjektion nachgeliefert werden. Somit entstehen bei der Verstärkung von optischen Signalen besonders mit sehr hohen Datenraten im Bereich von 10 Gbit/s und mehr sogenannte Bit-pattern-Effekte. Diese Bit-pattern-Effekte bewirken, dass der Kontrast – also das Ein-/Aus-Verhältnis – der digitalen Signale nicht zeitlich konstant ist, sondern von der jeweils zuletzt verstärkten Bit-Folge des optischen Signals abhängt. Dadurch kann die Übertragungsqualität deutlich abnehmen und sich die Bit-Fehlerrate erhöhen. Unter Umständen können Bit-Fehlerraten (BER – bit error rate) von 10–9 nicht mehr eingehalten werden. Es ist deshalb erforderlich, mit einem optischen Halbleiterverstärker zu arbeiten, der im Betriebsbereich eine von der optischen Leistungsdichte weitgehend unabhängige und zeitlich konstante optische Verstärkung zur Verfügung stellt.The physical processes in semiconductor amplifiers are described in the publication "The Gain Decompression Effect and Its Application to Very Fast Wavelength Conversions" (JH Chen et al., IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 9, No. 6, June 1997, pp. 755-). Accordingly, as the power density in the semiconductor amplifier increases, the optical gain decreases because the excited carriers available for amplification decrease faster by recombination than they are replenished by current injection, thus resulting in the amplification of optical signals, especially at very high data rates in the range of 10 Gbit / s and more so-called bit-pattern effects. These bit-pattern effects cause the contrast - ie the on / off ratio - of the digital signals is not constant over time, but of the last bit amplified Depending on the optical signal, the transmission quality can be significantly reduced and sic h increase the bit error rate. Under certain circumstances, bit error rates (BER) of 10 -9 can no longer be maintained. It is therefore necessary to work with a semiconductor optical amplifier, which provides a largely independent of the optical power density and temporally constant optical gain in the operating range.

Bisher wurden zur Stabilisierung der optischen Verstärkung in Halbleiterverstärkern verschiedene Methoden verwendet:
Eine dieser Methoden besteht darin, optische Pumpenergie eines separaten Pumplasers bereitzustellen und diese in Ausbreitungsrichtung des zu verstärkenden optischen Eingangssignals und/oder in Gegenrichtung zu dem zu verstärkenden optischen Eingangssignal über eine optische Faser und zugeordnete Koppler in den Verstärkungsbereich einzukoppeln. Diese Methode ist in der Druckschrift „Improvement of Cascaded Semiconductor Optical Amplifier Gates by Using Holding Light Injection" (Jianjun Yu and Palle Jeppesen, IEEE Journ. Lightwave Technol., Vol. 19 No. 3, May 2001, pp. 614 – 623) dargelegt.
So far, various methods have been used to stabilize the optical gain in semiconductor amplifiers:
One of these methods is to provide pumping optical energy of a separate pump laser and to couple them in the direction of propagation of the optical input signal to be amplified and / or in the opposite direction to the optical input signal to be amplified via an optical fiber and associated couplers in the gain range. This method is described in the document "Improvement of Cascaded Semiconductor Optical Amplifier Gates by Using Lightning Injection" (Jianjun Yu and Palle Jeppesen, IEEE Journal Lightwave Technol., Vol. 19 No. 3, May 2001, pp. 614-623). explained.

Eine weitere vorbekannte Methode besteht darin, die aktive Halbleiterschicht des optischen Halbleiterverstärkers gleichzeitig für den Betrieb eines VCSEL-Lasers (VCSEL: vertical cavity surface emitting laser) zu benutzen. Die optische Ausgangsleistung des VCSEL-Lasers wird dabei – wie auch sonst bei VCSEL-Lasern üblich – in bezogen auf die Substratoberfläche des Halbleitersubstrats vertikaler Richtung abgestrahlt. Das Licht des VCSEL-Lasers dringt in den „über" dem VCSEL-Laser angeordneten Verstärkungsbereich des Halbleiterverstärkers ein und wirkt dort als optische Pumpleistung. Ein optischer Halbleiterverstärker mit einem integrierten VCSEL-Pumplaser wird unter dem Produktnamen LOA (LOA: linear optical amplifier) von der Firma Genoa vertrieben.A Another previously known method is the active semiconductor layer of the semiconductor optical amplifier at the same time for the operation of a VCSEL laser (VCSEL: vertical cavity surface emitting laser) to use. The optical output power of the VCSEL laser will be there - like also usual with VCSEL lasers - in relation to on the substrate surface of the semiconductor substrate is emitted in the vertical direction. The light of the VCSEL laser penetrates into the "over" the VCSEL laser arranged gain region of the Semiconductor amplifier and acts there as an optical pump power. An optical semiconductor amplifier with An integrated VCSEL pump laser is named under the product name LOA (LOA: linear optical amplifier) sold by the company Genoa.

Aus der US 5,436,759 ist als nächstkommender Stand der Technik ein optischer Verstärker bekannt, bei dem ein optisches, zu verstärkendes Signal entlang einer optischen Achse in ein optisches Verstärkungsmedium eingekoppelt wird.From the US 5,436,759 As the closest prior art, an optical amplifier is known in which an optical signal to be amplified is coupled into an optical amplification medium along an optical axis.

Aus der EP 0 463 569 B1 ist ein optischer Halbleiterverstärker bekannt, bei dem das von zwei Lasern generierte Licht über einen Wellenleiter sowie einen Koppler in Lichtleitfasern eingekoppelt wird.From the EP 0 463 569 B1 a semiconductor optical amplifier is known in which the light generated by two lasers is coupled via a waveguide and a coupler in optical fibers.

Aus der US 6,043,929 ist ein adiabatischer Wellenleiterverstärker bekannt, der sich verjüngende bzw. getaperte Bereiche aufweist.From the US 6,043,929 For example, an adiabatic waveguide amplifier is known which has tapered regions.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen für hohe Datenraten geeigneten optischen Halbleiterverstärker anzugeben, der sich besonders einfach und damit kostengünstig fertigen lässt.Of the The invention is based on the object, one for high data rates specify suitable semiconductor optical amplifier, which is particularly simple and therefore cost-effective finished.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen optischen Halbleiterverstärkers sind in Unteransprüchen angegeben.to solution This object is the characterizing features of claim 1 intended. Advantageous embodiments of the optical according to the invention Semiconductor amplifier are in dependent claims specified.

Danach ist vorgesehen, dass der Pumplaser und der Verstärkungsbereich auf dem Halbleitersubstrat derart angeordnet sind, dass sich die Pumpwelle parallel zur Substratoberfläche ausbreitet und in den Verstärkungsbereich einstrahlt. Der Pumplaser kreuzt den Verstärkungsbereich und zwischen dem Verstärkungsbereich und dem Pumplaser sind jeweils Isolationsgräben vorhanden, die den Verstärkungsbereich von dem Pumplaser elektrisch trennen.Thereafter, it is provided that the pump laser and the gain region on the Halbleitersub strat are arranged such that the pump shaft propagates parallel to the substrate surface and radiates into the gain region. The pump laser crosses the gain region and between the gain region and the pump laser isolation trenches are present, which electrically separate the gain region of the pump laser.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Halbleiterverstärkers ist darin zu sehen, dass der Pumplaser und der Verstärkungsbereich nebeneinander auf dem Halbleitersubstrat, also nicht „übereinander", angeordnet sind, wie dies bei dem zweiten der eingangs erläuterten vorbekannten Halbleiterverstärker mit vertikaler VCSEL-Struktur der Fall ist. Somit können der Pumpstrom für den Pumplaser und der Injektionsstrom für den Verstärkungsbereich separat voneinander eingestellt werden, so dass die optische Verstärkung des Verstärkungsbereichs und die optische Pumpenergie des Pumplasers separat kontrolliert und gesteuert werden können.One essential advantage of the optical semiconductor amplifier according to the invention to see that the pump laser and the gain area next to each other on the semiconductor substrate, so not "stacked", are arranged as in the second of the above-explained previously known semiconductor amplifier with vertical VCSEL structure of Case is. Thus, you can the pumping current for the pump laser and the injection current for the amplification area separately from each other can be adjusted so that the optical gain of the gain range and separately controls the optical pump energy of the pump laser and can be controlled.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Halbleiterverstärkers ist darin zu sehen, dass sich dieser sehr einfach fertigen lässt, weil der Pumplaser und der Verstärkungsbereich auf ein und demselben Halbleiter-Substrat integriert sind. Zusätzliche separate Anschlusskomponenten zwischen dem Pumplaser und dem Verstärkungsbereich, wie beispielsweise separate optische Koppler usw., sind bei dem erfindungsgemäßen optischen Halbleiterverstärker – im Gegensatz beispielsweise zu dem ersten der eingangs erläuterten vorbekannten Halbleiterverstärker mit separatem Pumplaser – nicht erforderlich.One Another significant advantage of the semiconductor amplifier according to the invention is to see that this is very easy to manufacture, because of Pump laser and gain area integrated on one and the same semiconductor substrate. additional separate connection components between the pump laser and the gain region, such as separate optical couplers, etc., are in the inventive semiconductor optical amplifier - in contrast For example, to the first of the above-known prior art semiconductor amplifier with separate pump laser - not required.

Besonders platzsparend und damit vorteilhaft lässt sich der Halbleiterverstärker gestalten, wenn der Verstärkungsbereich und der Pumplaser derart nebeneinander auf dem Halbleitersubstrat angeordnet sind, dass die Pumpwelle unmittelbar in den Verstärkungsbereich einstrahlt.Especially space-saving and thus advantageous can be designed the semiconductor amplifier, if the reinforcement area and the pump laser side by side on the semiconductor substrate are arranged so that the pump shaft directly into the gain region irradiates.

Die Einstrahlung der Pumpwelle des Pumplasers in den Verstärkungsbereich sollte dabei unter einem vorgegebenen Winkel zur Ausbreitungsrichtung des optischen Eingangssignals im Verstärkungsbereich erfolgen; dabei ist aus Gründen der Platzersparnis ein vorgegebener Winkel im Bereich zwischen 30° und 90° zur Ausbreitungsrichtung, insbesondere vorzugsweise von ca. 90° zur Ausbreitungsrichtung, empfehlenswert. Insbesondere bei einem ungefähr senkrechten bzw. vorzugsweise senkrechten Winkel zwischen der Ausbreitungsrichtung des zu verstärkenden optischen Signals und dem Pumplicht wird eine besonders hohe Effizienz beim Pumpen bei gleichzeitig hoher Platzersparnis erreicht.The Irradiation of the pump shaft of the pump laser in the gain range should be at a given angle to the propagation direction the optical input signal in the gain range; there is for reasons the space savings a predetermined angle in the range between 30 ° and 90 ° to the propagation direction, in particular preferably of about 90 ° to the propagation direction, recommended. Especially at about vertical or preferably perpendicular angle between the propagation direction of to be reinforced optical signal and the pump light is a particularly high efficiency while pumping achieved at the same time high space savings.

Anstelle einer unmittelbaren Einkopplung der Pumpwelle vom Pumplaser in den Verstärkungsbereich kann die Einkopplung der Pumpwelle auch mittelbar erfolgen; es wird daher als vorteilhaft angesehen, wenn der Verstärkungsbereich und der Pumplaser über zumindest einen Wellenleiter verbunden sind, der auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist.Instead of an immediate coupling of the pump shaft from the pump laser in the gain range the coupling of the pump shaft can also be done indirectly; it will therefore considered advantageous if the gain region and the pump laser over at least a waveguide are connected on the semiconductor substrate is arranged.

Aus Gründen der Platzersparnis auf dem Halbleitersubstrat wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Verstärkungsbereich und der Wellenleiter zum Einstrahlen der Pumpwelle derart zueinander angeordnet sind, dass die Pumpwelle in einem vorgegebenen Winkel zur Ausbreitungsrichtung des optischen Eingangssignals im Verstärkungsbereich einstrahlt. Besonders platzsparend ist die Anordnung dann, wenn der vorgegebene Winkel in einem Bereich zwischen 30° und 90° liegt bzw. vorzugsweise ca. 90° beträgt.Out establish The space savings on the semiconductor substrate, it is advantageous viewed when the gain range and the waveguide arranged to irradiate the pump shaft to each other are that the pump shaft at a predetermined angle to the propagation direction of the optical input signal in the amplification area. Especially space saving is the arrangement then, if the predetermined angle in a range between 30 ° and 90 ° or preferably about 90 °.

Um eine hohe Pumpleistung im Wellenleiterbereich zu erreichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der mindestens eine Wellenleiter in einem optischen Resonator integriert ist.Around to achieve a high pumping power in the waveguide area is considered advantageous if the at least one waveguide integrated in an optical resonator.

Um zu erreichen, dass der Einstrahlungsbereich – bzw. der Wirkbereich – der Pumpwelle in dem Verstärkungsbereich möglichst groß ist, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Wellenleiter im Anschlussbereich an den Verstärkungsbereich getapert ist.Around to achieve that the irradiation area - or the effective range - the pump shaft in the reinforcement area preferably is great it is considered advantageous if the waveguide in the connection area to the reinforcement area is tapped.

Im Hinblick auf eine hohe Pumpleistung des Pumplasers wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Endflächen des Pumplasers einen hohen Brechzahlsprung aufweisen, damit die Pumpwelle den Pumpbereich bzw. den Pumplaser möglichst nicht verlassen kann. So wird nämlich die Pumpwelle bei einem hohen Brechzahlsprung an den Endflächen reflektiert.in the With regard to a high pumping power of the pump laser, it is advantageous viewed when the end faces of the pump laser have a high refractive index jump, so that the Pump wave the pumping area or the pump laser as possible can not leave. This is how it is the pump wave reflects at a high refractive index jump at the end surfaces.

Anstelle einer „Verspiegelung" der Endflächen mit Hilfe eines hohen Brechzahlsprunges kann vorteilhaft auch eine „Verspiegelung" durch ein λ/4-Schichtpaket erfolgen, insbesondere durch ein λ/4-Schichtpaket bestehend aus Silizium- und Aluminiumoxydschichten. Eine Verspiegelung ist darüber hinaus vorteilhaft auch durch eine Metallschicht möglich; die Metallschicht sollte vorteilhaft isoliert sein, um Kurzschlüsse zu vermeiden.Instead of a "mirroring" of the end surfaces with The help of a high refractive index jump can advantageously also be a "mirroring" through a λ / 4-layer package take place, in particular by a λ / 4-layer package consisting of silicon and aluminum oxide layers. A mirroring is beyond advantageously also possible by a metal layer; the metal layer should be be advantageously isolated to avoid short circuits.

Besonders einfach und damit kostengünstig lässt sich der Pumplaser realisieren, wenn er eine Fabry-Perot-Struktur aufweist.Especially easy and thus inexpensive can be realize the pump laser, if it has a Fabry-Perot structure.

Soll hingegen die Pumpwelle eine möglichst kleine optische Bandbreite haben, so wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Pumplaser eine DFB-Struktur (DFB: distributed feedback) aufweist.Should however, the pump shaft is as small as possible have optical bandwidth, so it is considered advantageous if the pump laser has a DFB structure (DFB: distributed feedback) having.

Eine besonders kostengünstige Fertigung des optischen Halbleiterverstärkers lässt sich dann erreichen, wenn zumindest eine aktive Schicht des Verstärkungsbereichs zumindest auch eine aktive Schicht des Pumplasers bildet. Bei einer solchen Ausgestaltung des optischen Halbleiterverstärkers lässt sich nämlich die Anzahl der auf dem Halbleitersubstrat abzuscheidenden Schichten reduzieren bzw. minimieren, weil nämlich zumindest eine abgeschiedene Schicht gleichzeitig für den Verstärkungsbereich und auch für den Pumplaser Verwendung findet.A particularly cost-effective Fabrication of the semiconductor optical amplifier can then be achieved if at least one active layer of the gain region at least also forms an active layer of the pump laser. In such an embodiment of the semiconductor optical amplifier can be namely the number of layers to be deposited on the semiconductor substrate reduce or minimize, because at least one separated Layer at the same time for the reinforcement area and also for the pump laser is used.

Im Hinblick auf möglichst geringe Injektionsströme für den Verstärkungsbereich bzw. im Hinblick auf möglichst geringe Pumpströme für den Pumplaser wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Verstärkungsbereich und/oder der Pumplaser Quantum Well(QW)- und/oder Quantum Dot(QD)-Schichten aufweist. Quantum Well- und Quantum Dot-Schichten rufen aufgrund der durch sie bewirkten Ladungsträgerbündelung eine besonders hohe Ladungsträgerdichte in der aktiven Schicht des Pumplasers bzw. des Verstärkungsbereichs hervor, wodurch eine besonders hohe Effizienz des Pumplasers bzw. des Verstärkungsbereichs erreicht wird.in the Regard as possible low injection currents for the gain range or as far as possible low pumping currents for the Pump laser, it is considered advantageous if the gain range and / or the pump laser has quantum well (QW) and / or quantum dot (QD) layers. Quantum well and quantum dot layers call due to the they caused charge carrier bundling a particularly high charge carrier density in the active layer of the pump laser or the amplification area resulting in a particularly high efficiency of the pump laser or of the amplification area is reached.

Um zu ermöglichen, dass die abgeschiedenen aktiven Schichten auch für andere Komponenten als den Verstärkungsbereich und den Pumplaser Verwendung finden können, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Verstärkungsbereich und/oder der Pumplaser zwei oder mehrere Quantum Well- und/oder Quantum Dot-Schichttypen aufweist. So lassen sich dann beispielsweise Komponenten wie Elektroabsorbtionsmodulatoren oder Fotodioden auf dem Substrat integrieren, die auf die aktiven Schichten des Pumplasers bzw. des Verstärkungsbereichs zurückgreifen können.Around to enable that the deposited active layers also for other components than the gain range and the pump laser can be used, it will be beneficial viewed when the gain range and / or the pump laser two or more quantum Well and / or Quantum dot layer types has. So then, for example Components such as electroabsorption modulators or photodiodes on the Integrate substrate on the active layers of the pump laser or the gain range fall back can.

Im Übrigen wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Pumpenergie des Pumplasers so eingestellt ist, dass sie der Transparenzenergie des Verstärkungsbereichs entspricht. Bei einer solchen Pumpenergie wird nämlich eine möglichst schnelle „Erholung" der optischen Verstärkung im Verstärkungsbereich des Verstärkungsbereichs erreicht.Incidentally, will considered beneficial when the pumping energy of the pump laser is set to match the transparency energy of the gain region equivalent. With such a pumping energy is in fact as possible fast "recovery" of optical amplification in the gain range of the amplification area reached.

Insbesondere bei hohen optischen Ausgangsleistungen des optischen Halbleiterverstärkers wird es als vorteilhaft angesehen, wenn mehrere Pumplaser senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des optischen Eingangssignals im Verstärkungsbereich angeordnet sind.Especially at high optical output powers of the semiconductor optical amplifier considered it advantageous if several pump lasers perpendicular to Propagation direction of the optical input signal arranged in the gain region are.

Zur Erläuterung der Erfindung zeigen:to explanation of the invention show:

1 einen optischen Halbleiterverstärker, ohne erfindungsgemäße Isolationsgräben zur Veranschaulichung des technischen Umfeldes 1 a semiconductor optical amplifier without isolation trenches according to the invention to illustrate the technical environment

2 den Halbleiterverstärker gemäß der 1 den Halbleiterverstärker 3 gemäß der 1 im Querschnitt, 2 the semiconductor amplifier according to the 1 the semiconductor amplifier 3 according to the 1 in cross section,

4 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen optischen Halbleiterverstärker, mit Isolationsgräben, 4 A first embodiment of a semiconductor optical amplifier according to the invention, with isolation trenches,

5 ein zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen optischen Halbleiterverstärker, 5 A second embodiment of a semiconductor optical amplifier according to the invention,

6 ein drittes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen optischen Halbleiterverstärker, 6 A third embodiment of a semiconductor optical amplifier according to the invention,

7 ein viertes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen optischen Halbleiterverstärker, 7 A fourth exemplary embodiment of a semiconductor optical amplifier according to the invention,

8 ein fünftes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen optischen Halbleiterverstärker und 8th A fifth embodiment of a semiconductor optical amplifier according to the invention and

9 ein Diagramm, aus dem sich die optimale Ansteuerung eines Pumplasers ablesen lässt. 9 a diagram from which the optimum control of a pump laser can be read off.

In den Figuren werden für identische oder vergleichbare bzw. ähnliche Komponenten zum besseren Verständnis identische Bezugszeichen verwendet.In the figures are for identical or comparable or similar components for the better understanding identical reference numerals used.

Die 1 bis 3 zeigen einen optischen Halbleiterverstärker 10 ohne Isolationsgräben Dabei zeigt die 1 den Halbleiterverstärker 10 in der Draufsicht, die 2 den Halbleiterverstärker 10 im Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A und die 3 den Halbleiterverstärker 10 im Schnitt entlang der Schnittlinie B-B. Die drei 1 bis 3 werden nun gemeinsam beschrieben.The 1 to 3 show a semiconductor optical amplifier 10 without isolation trenches This shows the 1 the semiconductor amplifier 10 in the plan view, the 2 the semiconductor amplifier 10 in cross-section along the section line AA and the 3 the semiconductor amplifier 10 in section along the section line BB. The three 1 to 3 will now be described together.

Man erkennt in den 1 bis 3 einen optischen Verstärkungsbereich 20, in dem ein in den Halbleiterverstärker 10 eingestrahltes optisches Eingangssignal Pin verstärkt wird. Das optische Eingangssignal Pin wird hierzu an einer mit einer Antireflektionsschicht 35 entspiegelten Einkoppelstelle 30 in den Verstärkungsbereich 20 eingestrahlt. An einer mit einer weiteren Antireflektionsschicht 45 entspiegelten Auskoppelstelle 40 verlässt das verstärkte Eingangssignal als Ausgangssignal Pout den optischen Halbleiterverstärker 10.One recognizes in the 1 to 3 an optical amplification area 20 in which one in the semiconductor amplifier 10 irradiated optical input signal pin is amplified. The optical input signal Pin is for this purpose at one with an anti-reflection layer 35 non-reflective coupling point 30 in the reinforcement area 20 irradiated. At one with another anti-reflection layer 45 non-reflective decoupling point 40 The amplified input signal as output signal Pout leaves the semiconductor optical amplifier 10 ,

In einem vorgegebenen Winkel α, der vorzugsweise 90° beträgt, ist relativ zu dem Verstärkungsbereich 20 bzw. zu der Ausbreitungsrichtung 50 des optischen Eingangssignals Pin ein Pumplaser 60 angeordnet. Der Pumplaser 60 kreuzt also den Verstärkungsbereich 20 unter Bildung eines Überlappungsbereichs 70. Die von dem Pumplaser 60 generierten Pumpwellen breiten sich senkrecht zu dem optischen Eingangssignal Pin aus; die Ausbreitungsrichtung 80 der Pumpwelle ist durch einen Pfeil angedeutet.At a predetermined angle α, which is preferably 90 °, is relative to the gain region 20 or to the direction of propagation 50 of the optical input signal Pin a pump laser 60 arranged. The pump laser 60 so crosses the gain area 20 forming an overlap area 70 , The from the pump laser 60 generated pump waves propagate perpendicular to the input optical signal Pin; the direction of propagation 80 the pump shaft is indicated by an arrow.

Der Pumplaser 60 ist an seinen beiden Endflächen jeweils mit einer Reflektionsschicht 90 versehen. Bei dieser Reflektionsschicht 90 kann es sich um eine Schicht handeln, die aufgrund eines Brechzahlsprungs an der Grenzfläche „Pumplaser 60 / Luft" reflektierend wirkt. Stattdessen kann die Reflektionsschicht 90 auch durch eine Metallschicht oder durch ein oder mehrere λ/4-Schichtpakete gebildet sein, die jeweils aus Silizium- und Aluminium-Schichten oder dergleichen bestehen.The pump laser 60 is at its two end faces each with a reflective layer 90 Mistake. In this reflection layer 90 it may be a layer that due to a refractive index jump at the interface "pump laser 60 / Air "has a reflective effect 90 also be formed by a metal layer or by one or more λ / 4-layer packages, each consisting of silicon and aluminum layers or the like.

Bei dem Pumplaser 90 gemäß den 1 bis 3 handelt es sich um einen Fabry-Perot-Laser.At the pump laser 90 according to the 1 to 3 it is a Fabry-Perot laser.

Das Zeichen „⨂" deutet in den Figuren im Übrigen an, das die Ausbreitungsrichtung des Lichts senkrecht in die Zeichnungsebene hineinzeigt; ein Kreis mit einem Punkt im Kreismittelpunkt gibt an, dass die Ausbreitungsrichtung senkrecht zur Zeichnungsebene liegt und aus dieser herauszeigt.The Sign "⨂" indicates in the figures Furthermore indicating the direction of propagation of light perpendicular to the plane of the drawing into shows; there is a circle with a point in the center of the circle indicates that the propagation direction is perpendicular to the plane of the drawing lies and points out of this.

Die 2 und 3 zeigen den Schichtaufbau des optischen Halbleiterverstärkers 10 im Detail. Man erkennt ein Halbleitersubstrat 100, auf dem eine Pufferschicht 110 abgeschieden ist. Auf der Pufferschicht 110 befindet sich ein MQW (MQW: Multiple Quantum Well)-Schichtpaket 120, das aus einer Mehrzahl von Quantum-Well-Schichten besteht, die der Übersicht halber nicht näher im Detail dargestellt sind.The 2 and 3 show the layer structure of the semiconductor optical amplifier 10 in detail. One recognizes a semiconductor substrate 100 on which a buffer layer 110 is deposited. On the buffer layer 110 There is an MQW (MQW: Multiple Quantum Well) layer package 120 , which consists of a plurality of quantum well layers, which are not shown in detail for the sake of clarity.

Auf dem MQW-Schichtpaket 120 ist ein MQD (MQD: Multiple Quantum Dot)-Schichtpaket 130 abgeschieden, das aus einer Mehrzahl von Quantum-Dot-(QD)-Schichten besteht. Die einzelnen QD-Schichten sind der Übersicht halber in den 2 und 3 ebenfalls nicht im Detail dargestellt.On the MQW layer package 120 is an MQD (Multiple Quantum Dot MQD) layer package 130 deposited, which consists of a plurality of quantum dot (QD) layers. The individual QD layers are for the sake of clarity in the 2 and 3 also not shown in detail.

Der optische Halbleiterverstärker 10 weist also zwei verschiedene Schichttypen auf, nämlich einen QD-Schichttyp und einen QW-Schichttyp. Stattdessen kann der Halbleiterverstärker 10 auch zwei verschiedene QD-Schichtypen bzw. MQD-Schichttypen oder zwei verschiedene QW-Schichttypen bzw. MQW-Schichtypen aufweisen.The semiconductor optical amplifier 10 thus has two different types of layers, namely a QD layer type and a QW layer type. Instead, the semiconductor amplifier 10 also have two different QD layer types or MQD layer types or two different QW layer types or MQW layer types.

Eine unstrukturierte Deckschicht 140 befindet sich auf dem MQD-Schichtpaket 130; diese unstrukturierte Deckschicht 140 ist mit einer beispielsweise durch einen Ätzschritt strukturierten Deckschicht 150 versehen, auf der eine Metallisierungsschicht 160 aufliegt. Die Metallisierungsschicht 160 bildet elektrische Kontakte 170 für den Pumplaser 60 und einen elektrischen Kontakt 180 für den Verstärkungsbereich 20.An unstructured cover layer 140 is located on the MQD layer package 130 ; this unstructured cover layer 140 is provided with a cover layer structured, for example, by an etching step 150 provided on a metallization layer 160 rests. The metallization layer 160 forms electrical contacts 170 for the pump laser 60 and an electrical contact 180 for the reinforcement area 20 ,

An der Bodenfläche des Halbleitersubstrats 100 ist darüber hinaus ein Massekontakt 190 bzw. ein Rückleiterkontakt angebracht.On the bottom surface of the semiconductor substrate 100 is also a ground contact 190 or a return contact attached.

Die Ausbreitungsrichtung 50 des optischen Eingangssignals Pin sowie die Ausbreitungsrichtung 80 der Pumpwelle ist in den 2 und 3 ebenfalls eingezeichnet.The direction of propagation 50 of the optical input signal Pin and the propagation direction 80 the pump shaft is in the 2 and 3 also marked.

Die Breite b des Verstärkungsbereichs 20 sollte vorzugsweise zwischen 2 und 3 μm betragen. Die Länge L1 des Pumplasers 60 sollte vorzugsweise 10 bis 500 μm betragen. Die Breite B des Pumplasers 60 kann 20 bis 200 μm betragen.The width b of the gain range 20 should preferably be between 2 and 3 microns. The length L1 of the pump laser 60 should preferably be 10 to 500 microns. The width B of the pump laser 60 may be 20 to 200 microns.

Die Länge L2 des Verstärkungsbereichs liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 50 und 1000 μm.The Length L2 of the amplification area is preferably in a range between 50 and 1000 microns.

Die 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel 300 für einen erfindungsgemäßen optischen Halbleiterverstärker. Der optische Halbleiterverstärker 300 gemäß der 4 weist einen Pumplaser 60 mit zwei Bragg-Gittern 320 und 330 auf. Der Pumplaser bildet somit einen DBR-Pumplaser.The 4 shows a first embodiment 300 for a semiconductor optical amplifier according to the invention. The semiconductor optical amplifier 300 according to the 4 has a pump laser 60 with two Bragg grids 320 and 330 on. The pump laser thus forms a DBR pump laser.

Im Unterschied zu dem Halbleiterverstärker gemäß den 1 bis 3 ist der optische Halbleiterverstärker 300 mit Gräben 340 und 350 versehen. Die Gräben 340 und 350 trennen den Verstärkungsbereich 20 elektrisch von dem Pumplaser 60; optisch hingegen sind die Gräben 340 und 350 weitgehend transparent. Die Gräben 340 und 350 können beispielsweise durch Ionenimplantation oder entspiegelte Ausnehmungen gebildet sein.In contrast to the semiconductor amplifier according to the 1 to 3 is the semiconductor optical amplifier 300 with trenches 340 and 350 Mistake. The trenches 340 and 350 separate the gain area 20 electrically from the pump laser 60 ; visually, on the other hand, are the trenches 340 and 350 largely transparent. The trenches 340 and 350 can be formed for example by ion implantation or anti-reflective recesses.

Im Übrigen entspricht der Aufbau des optischen Halbleiterverstärkers gemäß der 4 dem Halbleiterverstärker gemäß den 1 bis 3, so dass – soweit die Ausführungsbeispiele übereinstimmen – in der 4 dieselben Bezugszeichen verwendet werden wie in den 1 bis 3.Incidentally, the structure of the semiconductor optical amplifier according to the 4 the semiconductor amplifier according to the 1 to 3 , so that - as far as the embodiments match - in the 4 the same reference numerals are used as in the 1 to 3 ,

Die 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel 400 für einen erfindungsgemäßen optischen Halbleiterverstärker. Der Pumplaser 60 ist bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer integrierten Gitterstruktur 410 versehen, so dass der Pumplaser 60 einen sogenannten DFB (DFB: Distributed Feedback)-Laser bildet. Im Übrigen ist der Halbleiterverstärker 400 mit Isolationsgräben 340 und 350 versehen und entspricht insoweit dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der 4.The 5 shows a second embodiment 400 for a semiconductor optical amplifier according to the invention. The pump laser 60 is in this second embodiment with an integrated grid structure 410 provided so that the pump laser 60 forms a so-called DFB (DFB: Distributed Feedback) laser. Incidentally, the semiconductor amplifier 400 with isolation trenches 340 and 350 provided and corresponds to the extent of the first embodiment according to the 4 ,

In der 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel 500 für einen erfindungsgemäßen optischen Halbleiterverstärker gezeigt. Man erkennt in der 6, dass die Stirnflächen 510 und 520 des Halbleitersubstrats 100 im Bereich der Einkoppelstelle 30 und im Bereich der Auskoppelstelle 40 nicht senkrecht zur Ausbreitungsrichtung 50 des optischen Eingangssignals Pin stehen, sondern stattdessen einen Winkel β aufweisen, der geringfügig von 90° abweicht. Der Vorteil eines solchen Kippwinkels ist darin zu sehen, dass aufgrund der unvermeidbaren Restreflektion der beiden Antireflektionsschichten 35 und 45 rückreflektiertes Störlicht weniger auf die jeweils vorgelagerten optischen Komponenten zurückwirken kann, als dies bei einem Winkel β von exakt 90° der Fall wäre. In the 6 is a third embodiment 500 for an optical according to the invention Semiconductor amplifier shown. One recognizes in the 6 that the end faces 510 and 520 of the semiconductor substrate 100 in the area of the coupling point 30 and in the area of the decoupling point 40 not perpendicular to the propagation direction 50 of the optical input signal Pin, but instead have an angle β, which deviates slightly from 90 °. The advantage of such a tilt angle is to be seen in the fact that due to the unavoidable residual reflection of the two antireflection layers 35 and 45 reflected backlight can react less on the respective upstream optical components, as would be the case at an angle β of exactly 90 °.

In der 6 lassen sich darüber hinaus zwei weitere Pumplaser 530 und 540 erkennen, deren Pumpwellen ebenfalls senkrecht in den Verstärkungsbereich 20 des optischen Halbleiterverstärkers 500 einstrahlen. Bei den drei Pumplasern 60, 530 und 540 kann es sich beispielsweise um DBR-Laser handeln, wie dies in der 6 durch die Gitter 550 angedeutet ist. Stattdessen können auch DFB-Laser und/oder Fabry-Perot-Laser eingesetzt werden.In the 6 In addition, two more pump lasers can be used 530 and 540 detect their pump waves also perpendicular to the gain range 20 of the semiconductor optical amplifier 500 radiate. With the three pump lasers 60 . 530 and 540 For example, they may be DBR lasers, as in the 6 through the grids 550 is indicated. Instead, it is also possible to use DFB lasers and / or Fabry-Perot lasers.

In der 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen optischen Halbleiterverstärker 600 gezeigt. Der Halbleiterverstärker 600 weist mehrere, beispielsweise einige zehn, Pumplaser 610, 620 und 630 auf. Jeder dieser Pumplaser weist jeweils zwei Pumpzonen 610', 610'', 620', 620'', 630', 630'' auf. Die Pumpzonen eines jeden Pumplasers sind dabei jeweils über zwei getaperte Wellenleiter 640 und 650 miteinander verbunden. Die Wellenleiter 640 und 650 weisen im Anschlussbereich 660 und 670 zum Verstärkungsbereich 20 jeweils eine größere Wellenleiterbreite auf als im Anschlussbereich 680 und 690 zur jeweiligen Pumpzone.In the 7 is a fourth embodiment of a semiconductor optical amplifier according to the invention 600 shown. The semiconductor amplifier 600 has several, for example a few tens, pump laser 610 . 620 and 630 on. Each of these pump lasers has two pump zones each 610 ' . 610 '' . 620 ' . 620 '' . 630 ' . 630 '' on. The pumping zones of each pump laser are in each case via two taped waveguides 640 and 650 connected with each other. The waveguides 640 and 650 show in the connection area 660 and 670 to the reinforcement area 20 each have a larger waveguide width than in the connection area 680 and 690 to the respective pumping zone.

Aufgrund der Auftaperung wird ein größerer Überlappungsbereich 70 (vergleiche 1) geschaffen, wodurch ein besserer Wirkungsgrad beim Pumpen erreicht wird.Due to the Auftaperung becomes a larger overlap area 70 (see 1 ), whereby a better efficiency in pumping is achieved.

Die Breite der getaperten Wellenleiter beträgt im Bereich des Anschlusses 680, 690 an die Pumpzonen ca. 2 bis 3 μm und im Anschlussbereich 660, 670 an den Verstärkungsbereich 20 ca. 5 bis 200 μm.The width of the tapered waveguide is in the area of the connection 680 . 690 to the pumping zones approx. 2 to 3 μm and in the connection area 660 . 670 to the reinforcement area 20 about 5 to 200 microns.

In der 8 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen optischen Halbleiterverstärker 700 gezeigt. Man erkennt, dass der Verstärkungsbereich 20 in Verstärkersektionen 710, 720 und 730 unterteilt ist. Jede dieser Verstärkersektionen 710, 720 und 730 lässt sich aufgrund der Segmentierung einzeln ansteuern.In the 8th is a fifth embodiment of a semiconductor optical amplifier according to the invention 700 shown. It can be seen that the gain range 20 in amplifier sections 710 . 720 and 730 is divided. Each of these amplifier sections 710 . 720 and 730 can be individually controlled due to the segmentation.

In der 8 ist darüber hinaus gezeigt, dass die Pumplaser 740 bezüglich des Verstärkungsbereichs 20 nicht symmetrisch angeordnet sein müssen; auch asymmetrische Anordnungen sind möglich und gegebenenfalls bei individuellen Anforderungen – wie beispielsweise Platzbeschränkungen auf dem Halbleitersubstrat 100 – von Vorteil.In the 8th In addition, it is shown that the pump laser 740 with respect to the gain range 20 need not be arranged symmetrically; Also asymmetrical arrangements are possible and possibly for individual requirements - such as space limitations on the semiconductor substrate 100 - advantageous.

In der 9 ist ein Diagramm dargestellt, das die optische Verstärkung im Verstärkungsbereich 20 des optischen Halbleiterverstärkers zeigt. Die optische Verstärkung ist dabei über der Photonenenergie und damit mittelbar über der Wellenlänge aufgetragen. Man erkennt in der 9, dass die optische Verstärkung mit steigender Photonenenergie sinkt und ab einem Energiewert E2 „negativ" wird. Für Photonenenergien größer als E2 ist der Verstärkungsbereich 20 also nicht mehr verstärkend, sondern dämpfend.In the 9 a diagram showing the optical gain in the gain region is shown 20 of the semiconductor optical amplifier. The optical amplification is applied above the photon energy and thus indirectly above the wavelength. One recognizes in the 9 in that the optical amplification decreases with increasing photon energy and becomes "negative" as of an energy value E 2. For photon energies greater than E 2, the amplification range is 20 So no more reinforcing, but dampening.

Die maximale optische Verstärkung wird bei dem Diagramm gemäß der 9 bei einer Photonenenergie E1 erreicht. Durch einen Pfeil 800 ist in dem Diagramm dargestellt, dass sich mit ansteigendem Injektionsstrom im Verstärkungsbereich 20 die Verstärkungskurve verschiebt, und zwar hin zu höheren Transparentenergien E2. Die Pumplaser sollten bei dem erfindungsgemäßen optischen Halbleiterverstärker vorzugsweise so angesteuert werden, dass sie Pumpwellen mit einer Photonenenergie abgeben, die der Transparenzenergie E2 entspricht, weil dann eine besonders schnelle „Erholung" der optischen Verstärkung im Verstärkungsbereich 20 erreicht wird, was wiederum für hohe Datenraten günstig ist.The maximum optical gain is in the diagram according to the 9 achieved at a photon energy E1. By an arrow 800 is shown in the diagram that increases with increasing injection current in the gain region 20 the gain curve shifts towards higher transparency energies E2. The pump lasers should preferably be driven in the optical semiconductor amplifier according to the invention so that they emit pump waves with a photon energy corresponding to the transparent energy E2, because then a particularly rapid "recovery" of the optical gain in the gain range 20 is achieved, which in turn is favorable for high data rates.

1010
HalbleiterverstärkerSemiconductor amplifier
2020
Verstärkungsbereichgain range
3030
Einkoppelstellecoupling point
4040
Auskoppelstelledecoupling point
5050
Ausbreitungsrichtungpropagation direction
6060
Pumplaserpump laser
7070
Überlappungsbereichoverlap area
8080
Ausbreitungsrichtung der Pumpwellepropagation direction the pump shaft
9090
Reflektionsschichtreflective layer
100100
HalbleitersubstratSemiconductor substrate
110110
Pufferschichtbuffer layer
120120
MQW-SchichtpaketMQW layer packet
130130
MQD-SchichtpaketMQD layer packet
140140
unstrukturierte Deckschichtunstructured topcoat
150150
strukturierte Deckschichtstructured topcoat
160160
Metallisierungsschichtmetallization
170170
Kontakte für den Pumplasercontacts for the pump laser
180180
Kontakt für den VerstärkungsbereichContact for the gain range
190190
Massekontaktmass contact
300300
HalbleiterverstärkerSemiconductor amplifier
320, 330320 330
Bragg-GitterBragg grating
340, 350340 350
Isolationsgräbenisolation trenches
400400
HalbleiterverstärkerSemiconductor amplifier
410410
integrierte Gitterstrukturintegrated lattice structure
500500
HalbleiterverstärkerSemiconductor amplifier
510, 520510 520
Stirnflächenfaces
530, 540530 540
weitere PumplaserFurther pump laser
550550
Gittergrid
600600
HalbleiterverstärkerSemiconductor amplifier
610, 620, 630610 620, 630
Pumplaserpump laser
610', 610''610 ', 610' '
Pumpzonenpump zones
620', 620''620 ', 620' '
Pumpzonenpump zones
630', 630''630 ', 630' '
Pumpzonenpump zones
640, 650640, 650
getaperte Wellenleitergetaperte waveguides
660, 670660 670
Anschlussbereiche an Wellenleiterlands to waveguides
680, 690680, 690
Anschlussbereiche an Pumplaserlands at pump laser
700700
HalbleiterverstärkerSemiconductor amplifier
710, 720, 730710 720, 730
Verstärkersektionenamplifier sections
740740
Pumplaserpump laser
800800
Pfeilarrow

Claims (19)

Optischer Halbleiterverstärker (10) zum Verstärken eines optischen Eingangssignals (Pin) mit einem auf einem Halbleitersubstrat (100) angeordneten optischen Verstärkungsbereich (20) und einem Pumplaser (60) zum Erzeugen einer optischen Pumpwelle für den optischen Verstärkungsbereich (20), wobei der Pumplaser (60) und der Verstärkungsbereich (20) derart auf dem Halbleitersubstrat (100) angeordnet sind, dass sich die Pumpwelle (80) parallel zur Substratoberfläche ausbreitet und in den Verstärkungsbereich (20) einstahlt, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumplaser (60) den Verstärkungsbereich (20) kreuzt und zwischen dem Verstärkungsbereich (20) und dem Pumplaser (60) jeweils Isolationsgräben (340, 350) vorhanden sind, die den Verstärkungsbereich (20) von dem Pumplaser (60) elektrisch trennen.Optical semiconductor amplifier ( 10 ) for amplifying an optical input signal (pin) with a semiconductor substrate ( 100 ) arranged optical amplification area ( 20 ) and a pump laser ( 60 ) for generating an optical pump wave for the optical amplification region ( 20 ), wherein the pump laser ( 60 ) and the amplification area ( 20 ) on the semiconductor substrate ( 100 ) are arranged so that the pump shaft ( 80 ) propagates parallel to the substrate surface and into the gain region ( 20 ) einstahlt, characterized in that the pump laser ( 60 ) the amplification area ( 20 ) and between the reinforcement area ( 20 ) and the pump laser ( 60 ) each isolation trenches ( 340 . 350 ) are present, the gain area ( 20 ) from the pump laser ( 60 ) electrically disconnect. Optischer Halbleiterverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsbereich (20) und der Pumplaser (60) derart nebeneinander angeordnet sind, dass die Pumpwelle unmittelbar in den Verstärkungsbereich (20) einstrahlt.A semiconductor optical amplifier according to claim 1, characterized in that the gain region ( 20 ) and the pump laser ( 60 ) are arranged side by side so that the pump shaft directly into the gain region ( 20 ). Optischer Halbleiterverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsbereich (20) und der Pumplaser (60) derart zueinander angeordnet sind, dass die Pumpwelle unter einem vorgegebenen Winkel (α) zur Ausbreitungsrichtung (50) des optischen Eingangssignals (Pin) in den Verstärkungsbereich (20) einstrahlt.A semiconductor optical amplifier according to claim 2, characterized in that the gain region ( 20 ) and the pump laser ( 60 ) are arranged to each other such that the pump shaft at a predetermined angle (α) to the propagation direction ( 50 ) of the optical input signal (pin) into the gain region ( 20 ). Optischer Halbleiterverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Winkel (α) zwischen 30° und 90° liegt und vorzugsweise ca. 90° beträgt.An optical semiconductor amplifier according to claim 3, characterized characterized in that the predetermined angle (α) is between 30 ° and 90 °, and preferably about 90 °. Optischer Halbleiterverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsbereich (20) und der Pumplaser (610, 620, 630) jeweils über zumindest einen Wellenleiter (640, 650) verbunden sind, der auf dem Halbleitersubstrat (100) angeordnet ist.A semiconductor optical amplifier according to claim 1, characterized in that the gain region ( 20 ) and the pump laser ( 610 . 620 . 630 ) in each case via at least one waveguide ( 640 . 650 ) connected to the semiconductor substrate ( 100 ) is arranged. Optischer Halbleiterverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wellenleiter (640, 650) in einem vorgegebenen Winkel (α) zur Ausbreitungsrichtung (50) des optischen Eingangssignals (Pin) im Verstärkungsbereich (20) angeordnet ist.Optical semiconductor amplifier according to claim 5, characterized in that the at least one waveguide ( 640 . 650 ) at a predetermined angle (α) to the propagation direction ( 50 ) of the optical input signal (pin) in the gain region ( 20 ) is arranged. Optischer Halbleiterverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Winkel (α) zwischen 30° und 90° liegt und vorzugsweise ca. 90° beträgt.An optical semiconductor amplifier according to claim 6, characterized characterized in that the predetermined angle (α) is between 30 ° and 90 °, and preferably about 90 °. Optischer Halbleiterverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wellenleiter (640, 650) in einem optischen Resonator integriert ist.Optical semiconductor amplifier according to one of the preceding claims 5 to 7, characterized in that the at least one waveguide ( 640 . 650 ) is integrated in an optical resonator. Optischer Halbleiterverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der mindestens eine Wellenleiter (640, 650) in seinem Anschlussbereich (660, 670) zum Verstärkungsbereich (20) aufweitet.Optical semiconductor amplifier according to one of the preceding claims 5 to 8, characterized in that the at least one waveguide ( 640 . 650 ) in its connection area ( 660 . 670 ) to the reinforcement area ( 20 ) expands. Optischer Halbleiterverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endflächen (90) des Pumplasers (60) einen hohen Brechzahlsprung aufweisen.Optical semiconductor amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the end faces ( 90 ) of the pump laser ( 60 ) have a high refractive index jump. Optischer Halbleiterverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Endflächen (90) des Pumplasers (60) ein λ/4-Schichtpaket, insbesondere gebildet durch Silizium- und Aluminiumoxydschichten, oder eine isolierte Metallschicht aufweist.Optical semiconductor amplifier according to one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that at least one of the end faces ( 90 ) of the pump laser ( 60 ) has a λ / 4-layer package, in particular formed by silicon and Aluminiumoxydschichten, or an insulated metal layer. Optischer Halbleiterverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumplaser (60) ein Fabry-Perot-Laser ist.Optical semiconductor amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the pump laser ( 60 ) is a Fabry-Perot laser. Optischer Halbleiterverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumplaser (60) ein DFB-Laser ist.Optical semiconductor amplifier according to one of the preceding claims 1 to 11, characterized in that the pump laser ( 60 ) is a DFB laser. Optischer Halbleiterverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine aktive Schicht (120, 130) des Verstärkungsbereichs (20) zumindest eine aktive Schicht des Pumplasers (60) bildet.Optical semiconductor amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that at least one active layer ( 120 . 130 ) of the amplification area ( 20 ) at least one active layer of the pump laser ( 60 ). Optischer Halbleiterverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsbereich (20) und/oder der Pumplaser (60) zumindest eine Quantum Well- und/oder Quantum Dot-Schicht (120, 130) aufweist.Optical semiconductor amplifier according to one of the preceding claims, characterized gekenn records that the gain range ( 20 ) and / or the pump laser ( 60 ) at least one quantum well and / or quantum dot layer ( 120 . 130 ) having. Optischer Halbleiterverstärker nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsbereich (20) und/oder der Pumplaser (60) zwei oder mehrere unterschiedliche Schichttypen (120, 130) aufweist, bei denen es sich jeweils um Quantum Well- und/oder Quantum Dot-Schichttypen handelt.A semiconductor optical amplifier according to claim 15, characterized in that the gain region ( 20 ) and / or the pump laser ( 60 ) two or more different types of layers ( 120 . 130 ), each of which is quantum well and / or quantum dot layer types. Optischer Halbleiterverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenergie des Pumplasers (60) so eingestellt ist, dass sie der Transparenzenergie (E2) des Verstärkungsbereichs (20) entspricht.Optical semiconductor amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the pump energy of the pump laser ( 60 ) is set to match the transparency energy (E2) of the gain region (E2) 20 ) corresponds. Optischer Halbleiterverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Pumplaser (610, 620, 630) vorhanden sind, die jeweils senkrecht zur Ausbreitungsrichtung (50) des optischen Eingangssignals (Pin) im Verstärkungsbereich (20) angeordnet sind.Optical semiconductor amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of pump lasers ( 610 . 620 . 630 ) are present, each perpendicular to the propagation direction ( 50 ) of the optical input signal (pin) in the gain region ( 20 ) are arranged. Optischer Halbleiterverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stirnflächen (510, 520) des Halbleitersubstrats (100) zumindest im Bereich der Einkoppelstelle (30) des optischen Eingangssignals (Pin) einen Kippwinkel zur Ausbreitungsrichtung (50) des optischen Eingangssignals (Pin) aufweisen, der von einem rechten Winkel geringfügig abweicht.Optical semiconductor amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that end faces ( 510 . 520 ) of the semiconductor substrate ( 100 ) at least in the region of the coupling point ( 30 ) of the optical input signal (pin) a tilt angle to the propagation direction ( 50 ) of the optical input signal (pin) slightly deviates from a right angle.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108242452B (en) * 2016-12-27 2020-12-04 青岛翼晨镭硕科技有限公司 Photonic integrated device and manufacturing method thereof
US11418008B2 (en) * 2019-03-20 2022-08-16 Electronics And Telecommunications Research Institute Laser device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0463569A2 (en) * 1990-06-21 1992-01-02 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor optical amplifying apparatus
US5436759A (en) * 1994-06-14 1995-07-25 The Regents Of The University Of California Cross-talk free, low-noise optical amplifier
US6043929A (en) * 1998-03-16 2000-03-28 Lucent Technologies, Inc. Adiabatic waveguide amplifier
JP2001221985A (en) * 2000-02-09 2001-08-17 Opnext Japan Inc Light emitting element with integrated semiconductor field absorption optical modulator, light emitting element module and optical transmission system
US6347104B1 (en) * 1999-02-04 2002-02-12 Genoa Corporation Optical signal power monitor and regulator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0463569A2 (en) * 1990-06-21 1992-01-02 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor optical amplifying apparatus
US5436759A (en) * 1994-06-14 1995-07-25 The Regents Of The University Of California Cross-talk free, low-noise optical amplifier
US6043929A (en) * 1998-03-16 2000-03-28 Lucent Technologies, Inc. Adiabatic waveguide amplifier
US6347104B1 (en) * 1999-02-04 2002-02-12 Genoa Corporation Optical signal power monitor and regulator
JP2001221985A (en) * 2000-02-09 2001-08-17 Opnext Japan Inc Light emitting element with integrated semiconductor field absorption optical modulator, light emitting element module and optical transmission system

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEN, J.H. u.a., The Gain Decompression Effect and Its Applications to Very Fast Wavelength Conversions, IEEE Photonics Technology Letters, 1997, Vol. 9, No. 6, pp. 755-757 *
YU, Jianjun and Jeppesen, Palle, Improvement of Cascaded Semiconductor Optical Amplifier Gates by Using Holding Light Injection, IEEE Journ. of Lightwave Technology, 2001, Vol. 19, No. 3, pp. 614-623 *

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