在同一外延层结构集成器件中，激光器与调制器采用相同的多量子阱材料，因此无需进行额外的外延生长，大大简化了制作工艺，从而提高了器件的成品率并降低了成本。但是，这种结构限制了对激光器与调制器量子阱结构的分别优化。因此，需要对量子阱材料与器件结构参数进行仔细的优化设计，以保证器件具有最佳的工作特性。

EML由哪些器件构成？

图2 EML结构示意图

图2为EML集成光源芯片的结构示意图，它由DFB激光器和EA调制器两部分构成。其中，DFB激光器部分采用多量子阱有源区提供增益，并利用光栅实现对激射波长的选择，以保证单模工作；EA调制器利用量子阱材料在外加电场下的量子限制Stark效应(QCSE)实现对激光器输出光的强度调制。

为了避免因EA调制器端面反射造成的光反馈对DFB激光器工作特性的影响，需要对调制器端面进行抗反镀膜。同时，为了提高 DFB 激光器的输出功率，可以在激光器端面进行高反镀膜。此外，为了避免反向偏压以及高频调制信号对激光器的影响，需要将激光器与调制器接合部的欧姆接触层和金属电极去掉，从而形成良好的电隔离。

EML研究进展如何？

因其出色的性能，EML集成光源已经在宽带接入网及数据中心光互连等领域得到了广泛应用。近年来，关于EML芯片的研究主要集中在进一步提升器件调制带宽并实现阵列化、提升器件输出光功率并降低器件功耗，以及改善器件单模工作特性等方面。

下面对日本NTT公司 、德国HHI及清华大学近年来在EML集成光源性能提升方面的代表性工作分别予以介绍。

日本NTT在高速EML光源方面的研究

日本NTT公司对基于对接生长集成工艺的EML进行了深入的研究。2011年，O波段4×25 Gbit/s EML阵列芯片被研发（如图3），其尺寸仅有2 mm×2.6 mm。该集成光源的单通道调制带宽达到20 GHz，4通道阵列芯片实现了100 Gbit/s信号的10 km单模光纤传输。

图3 4×25 GbitsEML 阵列芯片显微照片

2017年，为了提高EML的输出功率，研究人员将EML与半导体光放大器(SOA)进行单片集成，制作出如图4所示的集成光源，并对其最优的驱动方案进行了研究。

图4 EML+SOA 器件结构

2017年，在器件的高速封装方面，科研人员利用倒装焊(flip-chip interconnection)解决引线连接存在的寄生参数问题。图5是EML的高频封装示意图，通过采用倒装互连结构，最终实现了调制带宽为59 GHz的EML，并实现了107 Gbit/s调制速率下2 km及10 km的单模光纤传输。

图5 EML封装结构示意图。(a)引线连接方案;(b)倒装焊方案

而在2015年，他们还提出了针对阵列芯片的封装方案，通过制作共面波导(CPW)结构的微波馈线，利用倒装焊技术连接EML阵列芯片与管壳，避免了采用引线连接时各通道间调制信号间的串扰，同时减小了引线寄生参数对器件带宽的影响，提升了器件性能，最终实现了8通道50 Gbit/s的高速调制。

德国HHI对同一外延层结构EML的研究

德国HHI对基于同一外延层集成方案的EML进行了深入的研究。EA调制器作为容性器件，需要与50 Ω的匹配电阻并联以实现阻抗匹配，从而避免微波调制信号的反射。传统的EML一般采用引线键合的方式进行匹配电阻的连接，而在EML芯片上制作集成的匹配电路可以简化封装并降低器件成本。

2013年，其研究人员集成了片上匹配电路的同一外延层结构56 Gbit/s EML芯片，如图6所示。该 EML 芯片的3 dB 调制带宽达 39.4 GHz，实现了56 Gbit/s的调制速率。

图6 含有片上匹配电路的EML芯片。(a)显微照片；(b)56 Gbit/s大信号调制眼图

2017年,德国 HHI与华为公司合作，设计并制作了如图7所示的同一外延层结构双边 EML，它由中间的DFB激光器和两端的EA调制器构成。该器件可以在同一波长获得两路独立的输出信号，通过偏振复用或者采用PAM4格式，可以使整个器件的调制速率达到112 Gbit/s。

图7 同一外延层结构双边 EML 的器件。(a)示意图；(b)显微照片

2018年，利用同一外延层集成方案的L波段EML阵列被开发，如图8所示。为了提高EML的输出功率，在EML末端集成了SOA，可实�返回搜狐，查看更多