[发明专利]集成有光电探测器的MZ型光强度调制器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种MZ型光强度调制器，特别涉及的是一种集成有光电探测器的MZ型光强度调制器。

背景技术

基于Mach-Zehnder结构的波导型光强度调制器（以下简称MZ型光强度调制器）具有宽带工作、高调制速率、大消光比等优点，已发展成为高速光纤通信、光载射频、微波光子信号处理等系统中关键的电光调制器件。

由于MZ型光强度调制器的传递函数为非线性函数，实际应用中为了利用不同的调制区域，需要在器件偏置电极端加载一个偏置电压设置合适的偏置工作点，例如正交点一般用于非归零编码调制，而最小功率传输点则用于产生相位调制信号；然而，受环境温度、外电场、机械应力等外界因素以及器件固有缺陷的影响，MZ型光强度调制器长时间工作时，其偏置工作点会随时间、温度发生漂移，引起调制输出信号失真，以铌酸锂MZ型光强度调制器为例，环境温度和外电场的变化会在调制电极和铌酸锂衬底材料之间激发起自由电荷，改变光波导区域的电场分布，从而引起偏置工作点的偏移；因此，应用中需要对MZ型光强度调制器调制输出的光信号进行采样并反馈至偏置工作点控制电路，以实现偏置工作点的闭环锁定。

经典的技术方案如图1所示，即在MZ型光强度调制器输出端连接光纤耦合器，对调制输出的光信号分路采样并通过光电探测器转换为电信号反馈偏置工作点控制电路，实现对偏置工作点的闭环控制。尽管该方案具有结构简单，成本低廉等优点，但不能适应光强度调制器小型化、紧凑化的发展要求。于是，业内开始将光电探测器集成于MZ型光强度调制器封装管壳内部，以满足光强度调制器小型化、紧凑化发展要求，目前采用的技术方案主要有分支波导和微光学元件两种。

分支波导方案的原理如图2所示，即在MZ型光强度调制芯片输出侧制作一分支波导，并在分支波导对应的输出端面位置设置光电探测器，实现对调制输出光信号的采样。该方案理论上可获得较高的响应度和消光比，但却增加了器件的光损耗和制作工艺难度。

微光学元件方案的原理如图3所示，即在MZ型光强度调制器芯片输出端设置微光学元件和光电探测器芯片，从MZ型光强度调制器芯片输出端出射的波导辐射光经微光学元件汇聚、反射后到达光电探测器芯片的光敏面。将光电探测器芯片响应反馈于偏置工作点控制电路，可实现对偏置点的精确控制。但该方案中，需要用到精密的微光学元件，且结构复杂，工艺实现难度大。

总体来看，分支波导和微光学元件两种技术方案均存在结构复杂、工艺难度大、制作成本高等问题。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种集成有光电探测器的MZ型光强度调制器，其创新在于：所述集成有光电探测器的MZ型光强度调制器包括MZ型光强度调制器芯片、光电探测器芯片和封装管壳；所述光电探测器芯片设置于MZ型光强度调制器芯片输出侧的波导合束点位置处；所述光电探测器芯片的光敏面与波导合束点相对，且光电探测器芯片的光敏面将波导合束点全部覆盖，光敏面与波导合束点之间通过光学胶粘接固定；所述光电探测器芯片的电极引脚通过金丝与封装管壳的引出电极键合连接。

本发明的原理是：发明人经大量试验后发现，MZ型光强度调制器芯片上输出侧的波导合束点位置处，由于波导折射率分布存在突变，波导中的部分光波信号会脱离光波导约束向外辐射；基于前述发现，发明人考虑，如果在波导合束点位置处设置一光电探测器芯片来对辐射光进行采集，即可提取出用于偏置工作点闭环控制的反馈信号，从而大大降低工艺难度和制作成本，于是本发明就应运而生了；将本发明方案与背景技术中的两种典型方案相比较后，我们就能看出，在本发明中，既不需要将芯片结构制作为较为复杂的分支波导，也不需要在芯片上设置微光学元件，工艺难度得到了明显降低；

在本发明方案中，光学胶的作用有二，其一，即用于光电探测器芯片和MZ型光强度调制器芯片的粘接，实现光电探测器芯片在MZ型光强度调制器芯片上的安装固定（或集成）；其二，即用于将辐射光引导至光电探测器芯片的光敏面上；另外，本发明的调制原理与现有技术完全相同。

优选地，所述光电探测器为背照式光电探测器。常规光电探测器芯片的其中一个引出电极与其光敏面位于同侧平面上，也即这个引出电极与MZ型光强度调制器芯片相对，在具体实现时，要将这个引出电极通过引线向外引出，其工艺难度相对较高，而背照式光电探测器芯片的两个引出电极与其光敏面分别位于芯片的正反两面，结合到本发明的具体方案，由于光敏面与芯片相对，光电探测器芯片的背面裸露在外，这十分便于后期的引线布置，于是发明人将背照式光电探测器芯片作为本发明的一种优选实施方案。