面向先进光子集成的低偏振敏感 O 波段 InP 薄膜 SOA

在开发大规模光子集成电路（PIC）时，管理插入损耗、偏振和器件占用面积至关重要。本文利用超紧凑的硅上 InP 薄膜（IMOS）平台，设计了一种具有降低的偏振敏感性的 O 波段半导体光放大器（SOA），以解决这些关键挑战。该平台通过密集的垂直互连，兼容在电子器件顶部的紧密集成。该 SOA 结合了薄张应变体有源层，以减轻偏振敏感性。所开发的 500 μm 长的 SOA 在 1350 nm 处具有 11.5 dB 的峰值增益，并且在 1312 nm 到 1337 nm 的 25 nm 带宽范围内具有小于 1 dB 的最佳偏振相关性。该器件适用于多个放大器级联工作的集成电路，在增益峰值处测得最小 6.5 dB 的噪声系数（NF）。通过逆向锥形设计实现的垂直有源-无源过渡，能够在垂直方向上实现有效的场耦合，在过渡处传输效率超过 95%，且偏振敏感性极低，小于 3%。由于采用了极简的增益介质结构，该器件在小于 3 kA/cm2 的小电流密度下即可产生显著增益，从而降低了焦耳热并提高了能源效率。这对于光交换等应用尤为重要，因为在这些应用中多个 SOA 集成在 PIC 的小面积内。因此，仿真和制造的低偏振敏感 O 波段 SOA 是集成到大规模、超紧凑光子集成电路中的合适候选者。