(二)

背景技术

近年来，随着电子技术的高速发展，集成电路的集成度越来越高，对于器件的开关速度要求也越来越高，电子的速度也基本发挥到极致，为实现信息系统中信息的采集、存取、处理和应用的高速化、宽带化以及大容量化，光电子器件的地位已经日趋重要。但就目前发展而言，光电子器件的集成度不高是限制其发展的一大难题，通过研究基于光电子集成芯片的双工器件，这将突破分立器件的功能局限，使芯片的功能得到提高、功耗降低、生产成本更低、空间占用更小和可靠性得到极大改善。

量子阱结构集成光电子芯片工作原理为：其是由有源区与无源区构成，有源区为增益区，当注入正向电流，并达到一定值时，其N 区自由电子增多并不断进入量子阱中与空穴复合，以光子形式释放能量，该光子在输入光信号的感应下形成受激辐射，使释放出的光子和入射光子同频、同向、同相位、同偏振方向、同模式，并在光子不断前进中继续受感应而产生受激辐射，进而产生更多的新的光子，使输入光信号得到放大；对于宽带隙材料构成的量子阱结构，通过量子阱结构与掺杂的设计，在量子阱内形成特定的子能级，在波导层入射光的作用下，将量子阱集成光电子芯片中的电子从基态激发到激发态；通过外加反向偏置电压使激发态的电子形成电流，便可以得到光电流信号。

针对用于光通信的双工器件及系统，莫昂·阿舒什等人于2009 年公开了“包括半导体光放大器和光电二极管的集成光电器件”(中国专利：(CN200610110661.5)，他们通过InPAsGa材料制作了一种用于光信号的光电集成接收器件，将光放大器和光电二极管集成在一个器件中，实现了光电器件的高集成度；李欣等人于2017年公开了“基于异质键合的微型水下可见光通信双工器件及制备方法”(中国专利： (CN201710240402.2)，他们通过以硅衬底氮化物晶片和N型掺杂硅晶片集成薄膜LED蓝光发光器件和光电传感器件，实现同时双工水下可见光通信；Xin Li等人利用InP材料双刻蚀工艺制备了AlInGaAs MQW 二极管通过直波导进行连接，将光发射器与光电二极管进行集成，实现了集成光电器件的多种功能(Li,Xin,et al.,AlInGaAs Multiple Quantum Well-Integrated Device with Multi-function Light Emission /Detection and Electro-Optic Modulation in the Near-Infrared Range. ACS Omega,2021.612:p.8687-8692)；K.-T.Shiu等人通过双波导(ATG)技术将光放大器与光电二极管进行了单片集成，为进一步的实现复杂的光子集成电路提供了一种强有力的方法(K.-.Shiu,S.S.Agashe and S.R.Forrest,"A simplemonolithically integrated optical receiver consisting of an opticalpreamplifier and a p-i-n photodiode,"in IEEE Photonics Technology Letters,vol.18,no.8,pp.956-958,April 2006)；上述设计存在以下缺陷和不足：(1)半导体光放大器和光电二极管的集成光电器件中功能实现单一；(2)通过异质键合方式实现的可见光通信的双工器件，制作工艺较为复杂，仅适用于蓝光波段；(3)通过将 AlInGaAs MQW二极管进行单片集成的技术，器件占用面积过大，适用性较差；(4)通过双波导ATG技术将光放大器与光电二极管进行了单片集成，其主要功能应用于光接收机，功能实现较为单一。

为了解决上述问题，本发明公开了一种用于光通信的双工器件及系统，可广泛应用于光纤通信、光纤传感、光电测量等领域；此器件和系统利用量子阱结构集成光电子芯片配合外部模式切换控制电路实现器件的两种工作模式A(光电探测)或B(光信号放大)的集成，通过模式切换控制电路对于开关单元的控制，实现了集成光电子芯片灵活方便工作在A(光电探测)或B(光信号放大)模式下，实现了光电子器件的高集成度，使芯片的功能得到了丰富，减少了光信号在分光和耦合过程中的损耗并降低了功耗。