硅光子平臺(tái)上基于薩格納克環(huán)形鏡的激光腔的制作方法
【專利摘要】我們已經(jīng)證實(shí)了一種新型的基于薩格納克環(huán)和微環(huán)的激光腔，其簡(jiǎn)單可靠，具有精確受控的反射率和可忽略的附加損耗。證明了半徑為2μm的微環(huán)的諧振波長(zhǎng)被光刻控制為3.6nm的標(biāo)準(zhǔn)差。已經(jīng)證實(shí)了基于薩格納克環(huán)形鏡和微環(huán)腔的C波段激光器和O波段激光器。所述激光器被證明是能夠以40Gb/s被調(diào)制。
【專利說(shuō)明】
硅光子平臺(tái)上基于薩格納克環(huán)形鏡的激光腔
[0001 ]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002] 本申請(qǐng)主張享有于2013年11月20日提交的序列號(hào)為61/906529的共同在審的美國(guó) 臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)及權(quán)益，并且將該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明總體上涉及光學(xué)腔，特別地涉及能夠與激光器一起使用的光學(xué)腔。
【背景技術(shù)】
[0004] 半導(dǎo)體激光器和光放大器在收發(fā)器中是優(yōu)選的，這是因?yàn)樗鼈儽桓咝У仉娎跗植?且裸片(die)尺寸小。激光產(chǎn)生是半導(dǎo)體中的輻射復(fù)合過(guò)程，其中，導(dǎo)帶的電子與價(jià)帶的空 穴復(fù)合并且發(fā)射光子。逆向過(guò)程是通過(guò)光吸收而發(fā)生的電子空穴對(duì)產(chǎn)生，如發(fā)生于光電探 測(cè)器和太陽(yáng)能電池等器件中。
[0005] 普遍認(rèn)為硅光子技術(shù)是解決對(duì)于數(shù)據(jù)通信帶寬的指數(shù)化增長(zhǎng)的需求的使能技術(shù)。 激光器是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。激光器的兩個(gè)基本要素是它的增益介質(zhì)和諧振腔。 由于硅的間接帶隙，已經(jīng)報(bào)道了將增益介質(zhì)引入光子集成材料系統(tǒng)的數(shù)種方法，包括邊緣 親合成鍵（edge coupled bonding)(例如，參見(jiàn)A. J. Zilkie，P. Seddighian，B.J.Bi jlani， W-QianjD-C-LeejS.Fathololoumi,J. Fong,R.Shaf i iha,D. Feng,B.J.LuffjX.Zheng, J.E.Cunningham，A.V.Krishnamoorthy和M.Asghari，"Power-efficient Ill-V/silicon external cavity DBR lasers，" Optics Express，V〇1.20,pp.23456-23462,2012; S.Tanaka，S.H.Jeong，S.S·，T.Kurahashi，Y.Tanaka和K.Morito, "High-output-power， single-wavelength silicon hybrid laser using precise flip-chip bonding technology，" Op tics Express，V〇1.20, pp .28057 _2 80 69,2012)、直接鍵合（direct bonding)(例如，參見(jiàn)A. W.Fang，H.Park，0· Cohen，R. Jone s，M.J. Pani cc ia和J.E .Bowers，" Electrically pumped hybrid AlGalnAs-silicon evanescent laser，"Optics Express, Vol·14，pp·9203-9210，2006;S·Keyvaninia，G·Roelkens，D·Van Thourhout，C·Jany， M.Lamponi, A.Le Liepvre，F(xiàn)·Lelarge，D·Make，G·H·Duan，D·Bordel和J·M·Fedeli， "Demonstration of a heterogeneously integrated III-V/S0I single wavelength tunable laser ,Optics Express，Vol·21，pp·3784-3792，2012;T·Creazzo，E.Marchena， S.B.Krasulick jP.YujD.Van Orden，J.Y.Spann，C.C.Blivin，L.He，H.Cai， J Dallesasse，R. J · Stone和A .Mizrahi，''Integrated tunable CMOS laser，''Optics Express，Vol .21，pp.28048-28053,2013)、重氮摻雜鍺（例如，參見(jiàn)R.E.Camacho-Aguilera， Y.Cai，N.Patel，J.T.Bessette，M.RomagnoIi，L.C.Kimerling和J.Michel，"An electrically pumped germanium laser，'，Optics Express，Vol·20，pp·11316-11320， 2012)和量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)（例如，參見(jiàn)T.Wang，H.Liu，A.Lee，F(xiàn).Pozzi和A. Seeds，〃1·3-μπι InAs/ GaAs quantum-dot lasers monolithically grown on Si substrates ,''Optics Express，Vol. 19, Issuel2，pp. 11381-11386(2011))。通常使用分布式布拉格(Bragg)反射 器(DBR)或使用環(huán)形諧振濾波器與DBR-起來(lái)構(gòu)建激光腔，所述激光腔要求高的光刻分辨率 且對(duì)制造變化是敏感的。
[0006] 激光產(chǎn)生過(guò)程既需要能量守恒又需要?jiǎng)恿渴睾?。因?yàn)榘l(fā)射光子的能量等于半導(dǎo)體 的帶隙，所以滿足能量守恒。然而，光子的動(dòng)量與電子或空穴的動(dòng)量相比是可忽略的。為了 滿足動(dòng)量守恒的要求，價(jià)帶的頂部與導(dǎo)帶的底部需要對(duì)準(zhǔn)。換言之，半導(dǎo)體需要是直接帶隙 材料。諸如砷化鎵(GaAs)和磷化銦（InP)等許多III-V型復(fù)合物材料是直接帶隙半導(dǎo)體。然 而，硅是間接帶隙半導(dǎo)體。
[0007] 已經(jīng)論證了拉曼(Raman)硅激光器。制造電栗浦的硅激光器是極其困難的。必須將 另外的增益材料導(dǎo)入硅材料系統(tǒng)(在該硅材料系統(tǒng)中激光器作用是期望的）。已經(jīng)報(bào)道了各 種增益集成方法，包括單片外延、晶片鍵合和SOA邊緣耦合。
[0008]據(jù)報(bào)道，X.Shu，S.Jiang和D.Huang等人在"Fiber grating Sagnac loop and its multiwave length-laser applicat ion (光纖光柵薩格納克環(huán)及其多波長(zhǎng)激光應(yīng)用)" IEEE Photonics Technology Letters ,Vol · 12，pp · 980-982，2000中說(shuō)明了新型的、簡(jiǎn)單的梳狀 濾波器，其基于具有非對(duì)稱地位于其光纖環(huán)中的光纖布拉格光柵的薩格納克(Sagnac)干涉 儀。該濾波器具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、容易制造、低插入損耗和低成本的優(yōu)勢(shì)。分別具有三通帶和雙 通帶的兩個(gè)濾波器被制造且被應(yīng)用于摻鉺光纖環(huán)激光器。已經(jīng)論證了穩(wěn)定的三波長(zhǎng)和雙波 長(zhǎng)激光器操作。
[0009] 據(jù)報(bào)道，J · Zhou，P · Yan，H · Zhang，D · Wang和 M .Gong等人在 "All-fiber mode-locked ring laser with a Sagnac filter(具有薩格納克濾波器的全光纖鎖模環(huán)形激光 器)"IEEE Photonics Technology Letters,Vol.23，pp.l301_1303,2011 中說(shuō)明了以下內(nèi) 容:摻鋱鎖模光纖激光器是飛秒脈沖的多用途來(lái)源。與應(yīng)用所需的孤子鎖模激光器相比，光 纖激光器中新的脈沖整形機(jī)制的發(fā)展允許產(chǎn)生更高能量的飛秒脈沖。然而，由于光纖的正 常色散，來(lái)自摻鐿(Yb)鎖模光纖激光器的脈沖的寬度大于孤子脈沖的寬度。因此，腔的內(nèi)外 需要光柵對(duì)，以提供負(fù)色散。已經(jīng)論證了全正常色散(ANDi)摻鐿光纖激光器，其中，腔內(nèi)使 用光譜濾波器來(lái)替代光柵對(duì)。激光腔內(nèi)高啁嗽脈沖的光譜濾波是這類鎖模激光器中脈沖整 形的關(guān)鍵因素。已經(jīng)理論上研究了濾波器的帶寬對(duì)鎖模的影響。體干涉或雙折射濾波器通 常用作光譜濾波器。為了開(kāi)發(fā)無(wú)錯(cuò)位的全光纖構(gòu)造，已經(jīng)研究了一些光纖型濾波器。近來(lái)， 具有部分的保偏(PM)光纖的全光纖利奧(Lyot)濾波器已經(jīng)被用作ANDi激光器中的光譜濾 波器，并且獲得了 240fs啁嗽脈沖。根據(jù)[2]、[3]中的論述，鎖模脈沖的持續(xù)時(shí)間隨著濾波帶 寬的減小而減小直至鎖模失效。利奧濾波器能夠用作帶寬可調(diào)諧濾波器，這是因?yàn)閹捜?決于PM光纖的長(zhǎng)度。然而，利奧濾波器的調(diào)制深度受偏振控制器(PC)主導(dǎo)。
[0010] 因而需要激光器使用的改進(jìn)的外腔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明的特征為光學(xué)腔。所述光學(xué)腔包括:單光端口，其被構(gòu)造用 來(lái)提供輸出光束;第一鏡元件，其包括亞微米硅波導(dǎo)，所述第一鏡元件具有第一透射率和第 一反射率，所述第一鏡元件形成位于所述光學(xué)腔的第一端部處的第一光反射器，所述第一 鏡元件與所述單光端口進(jìn)行光通信;第二鏡元件，其具有第二透射率和第二反射率，所述第 二鏡元件形成位于所述光學(xué)腔的第二端部處的第二光反射器，所述第一鏡元件和所述第二 鏡元件中的至少一者是薩格納克環(huán)形鏡;并且在所述第一鏡元件與所述第二鏡元件之間的 串行光通信中設(shè)置有:濾波器元件，其被構(gòu)造為使具有被選光波長(zhǎng)的光束通過(guò);和增益腔， 其被構(gòu)造為內(nèi)部包含光增益介質(zhì)。
[0012] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述第一鏡元件是寬帶反射器。
[0013] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述第一鏡元件具有隨著所述被選波長(zhǎng)增大而增大的反射 率。
[0014] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述第一鏡元件具有可變的反射率。
[0015] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述濾波器元件是基于微環(huán)的濾波器。
[0016] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述濾波器元件是可調(diào)諧濾波器。
[0017] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述濾波器元件是熱可調(diào)諧濾波器。
[0018] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述濾波器元件具有多個(gè)通帶。
[0019] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述第二鏡具有由端面限定的反射率。
[0020] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述被選光波長(zhǎng)是位于用于遠(yuǎn)程通信的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)。 [0021 ]在一個(gè)實(shí)施例中，所述被選光波長(zhǎng)是位于0波段內(nèi)的波長(zhǎng)。
[0022]在又一個(gè)實(shí)施例中，所述被選光波長(zhǎng)是位于C波段內(nèi)的波長(zhǎng)。
[0023]在又一個(gè)實(shí)施例中，所述被選光波長(zhǎng)是位于從e波段、S波段、L波段和U波段中選擇 的波段內(nèi)的波長(zhǎng)。
[0024] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述光增益介質(zhì)經(jīng)由對(duì)接耦合器、錐體、倒錐體、透鏡和透鏡 陣列中的至少一者被光耦合至所述光學(xué)腔。
[0025] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述光學(xué)腔被構(gòu)造為在不冷卻的情況下操作。
[0026] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述光學(xué)腔被構(gòu)造為在沒(méi)有氣密性密封的情況下操作。然而， 應(yīng)當(dāng)理解，單個(gè)裸片可以包括氣密性密封。
[0027] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述端面包括光學(xué)涂層。
[0028] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述輸出光束包括感興趣的單一光波長(zhǎng)。
[0029] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述輸出光束包括感興趣的多個(gè)光波長(zhǎng)。
[0030] 在又一個(gè)實(shí)施例中，所述輸出光束包括窄線寬輸出光束。
[0031] 根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種方法，其包括以下步驟:提供光學(xué)腔，所述光學(xué) 腔包括:單光端口，其被構(gòu)造為提供輸出光束;第一鏡元件，其包括亞微米硅波導(dǎo)，所述第一 鏡元件具有第一透射率和第一反射率，所述第一鏡元件形成位于所述光學(xué)腔的第一端部處 的第一光反射器，所述第一鏡元件與所述單光端口進(jìn)行光通信;第二鏡元件，其具有第二透 射率和第二反射率，所述第二鏡元件形成位于所述光學(xué)腔的第二端部處的第二光反射器； 所述第一鏡元件和所述第二鏡元件中的至少一者是薩格納克環(huán)形鏡;并且在所述第一鏡元 件與所述第二鏡元件之間的串行光通信中設(shè)置有:濾波器元件，其被構(gòu)造為使具有被選光 波長(zhǎng)的光束通過(guò);和增益腔，被構(gòu)造為內(nèi)部包含光增益介質(zhì);操作所述光學(xué)腔來(lái)生成輸出光 束;并且進(jìn)行下列操作中的至少一者:記錄所述輸出光束、將所述輸出光束傳輸給另一個(gè)器 件和將所述輸出光束顯示給用戶。
[0032] 根據(jù)下面的說(shuō)明且根據(jù)權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的前述及其它目的、方面、特征和優(yōu)勢(shì) 將更加明顯。
【附圖說(shuō)明】
[0033]參照下述的附圖和隨附的權(quán)利要求，能夠更好地理解本發(fā)明的目的和特征。附圖 不一定是按照比例的，而是通常把重點(diǎn)放在圖示本發(fā)明的原理。在附圖中，使用類似的符號(hào) 來(lái)表明不同視圖中類似的部件。
[0034]圖IA是亞微米硅波導(dǎo)的SEM橫截面圖。
[0035] 圖IB是亞微米硅波導(dǎo)的SEM立體圖。
[0036] 圖2是根據(jù)本發(fā)明原理的基于薩格納克環(huán)形鏡的激光腔構(gòu)造的示意圖。
[0037] 圖3A是使用可調(diào)諧激光器和光柵耦合器測(cè)量的薩格納克環(huán)形鏡透射光譜的曲線 圖。
[0038]圖3B是在1550nm波長(zhǎng)處作為DC耦合長(zhǎng)度的函數(shù)的薩格納克環(huán)形鏡的透射率和反 射率的曲線圖。
[0039]圖3C是標(biāo)準(zhǔn)化透射光譜的曲線圖。
[0040] 圖4是環(huán)形濾波器下降(實(shí)線)和通過(guò)(虛線)光譜以及150mA時(shí)SOA增益光譜的曲線 圖。期望的激光波長(zhǎng)(1552.3nm)由星號(hào)表示。
[0041] 圖5A是測(cè)試裝置的圖像。
[0042] 圖5B是SOA硅芯片接口的近視圖。
[0043]圖5C是使用光纖陣列測(cè)量的激光光譜的曲線圖且示出了環(huán)形濾波器的清晰特征 以及40dB的SMSR。
[0044] 圖6是外差光譜數(shù)據(jù)(點(diǎn)）以及具有13.27MHz的FWHM的洛倫茲(Lorentzian)擬合曲 線的曲線圖。
[0045] 圖7A是示出了 AMR下降(實(shí)線)和通過(guò)(虛線)端口的光譜的曲線圖。
[0046] 圖7B是8英寸晶片上諧振波長(zhǎng)分布的等值線圖。
[0047] 圖7C是諧振波長(zhǎng)分布的統(tǒng)計(jì)條形圖。
[0048] 圖7D是AMR布局的不意圖。在一個(gè)實(shí)施例中，wl = 0 · 3ym、w2 = 0 · 46ym、w3 = 0 · 76μηι 且 w4 = 0 · 2μηι。
[0049] 圖8是示出了在8英寸晶片的31個(gè)標(biāo)線上測(cè)量的隨著環(huán)半徑增大的AMR諧振增大的 曲線圖。
[0050] 圖9是硅波導(dǎo)-氮化硅波導(dǎo)耦合器的示意圖。
[0051]圖10是圖不了尺寸為4.25μηι X 0.2μηι的氮化娃波導(dǎo)的模場(chǎng)分布的不意圖。
[0052]圖IlA是作為波長(zhǎng)的函數(shù)的具有0.1 nm分辨率的光譜的曲線圖。
[0053]圖11B是作為頻率偏移的函數(shù)的外差光譜（點(diǎn)）以及具有1.28MHz的FWHM的洛倫茲 擬合曲線的曲線圖。
[0054] 圖12A是作為栗浦電流的函數(shù)的激光器偏置電壓和輸出功率的曲線圖。
[0055] 圖12B是QD 0波段激光器的光譜的曲線圖。
[0056]圖13是在lOGb/s下外部調(diào)制的激光器輸出的眼圖的屏幕截圖。
[0057]圖14A是使用商售DFB激光器在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中觀察到的40Gb/s時(shí)的眼圖的屏幕截圖。 [0058]圖14B是使用根據(jù)本發(fā)明原理的混合硅外腔激光器觀察到的40Gb/s時(shí)的眼圖的屏 蒂截圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059] 首字母縮寫(xiě)詞
[0060] 下面提供本文件中的首字母縮寫(xiě)詞及它們通常表示的意思的列表(除非另外明確 規(guī)定表示不同的對(duì)象）。
[0061 ] AMR絕熱微環(huán) [0062] APD雪崩光電探測(cè)器 [0063] ARM抗反射微結(jié)構(gòu) [0064] ASE放大自發(fā)發(fā)射
[0065] BER誤碼率
[0066] BOX掩埋氧化物
[0067] CMOS互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 [0068] CMP化學(xué)機(jī)械平坦化 [0069] DBR分布式布拉格反射器
[0070] DC (光學(xué))定向耦合器
[0071] DC (電子學(xué))直流 [0072] DCA數(shù)字通信分析儀 [0073] DRC設(shè)計(jì)規(guī)則檢查 [0074] DUT被測(cè)器件 [0075] ECL外腔激光器 [0076] FDTD時(shí)域有限差分 [0077] FOM優(yōu)值系數(shù) [0078] FSR自由光譜范圍 [0079] FWHM半最大值全寬度
[0080] GaAs 砷化鎵
[0081] InP磷化銦
[0082] LiNO3 鈮酸鋰
[0083] LIV 光強(qiáng)（L)-電流（I)-電壓(V)
[0084] MFD模場(chǎng)直徑
[0085] MPW多項(xiàng)目晶片
[0086] NRZ不歸零碼 [0087] PIC光子集成電路 [0088] PSO粒子群優(yōu)化 η o ο 存儲(chǔ)的能量 I f存儲(chǔ)的能量
[0089] Q 品質(zhì)因數(shù)Q = 2πχ =2ufr X 每周期y肖耗的能量 功率彳貝耗
[0090] QD量子點(diǎn)
[0091] RSOA反射式半導(dǎo)體光放大器 [0092] SOI絕緣體上硅
[0093] SEM掃描電子顯微鏡
[0094] SMSR單模抑制比
[0095] TEC熱電冷卻器
[0096] WDM波分復(fù)用 [0097]混合激光器集成
[0098]高品質(zhì)激光器對(duì)任何光數(shù)據(jù)鏈的性能來(lái)說(shuō)都是關(guān)鍵的。因?yàn)楣柙谟糜谶h(yuǎn)程通信的 光波長(zhǎng)處不產(chǎn)生激光，所以必須以CMOS兼容的方式集成外部增益材料。娃波導(dǎo)分布式布拉 格(Bragg)光柵要求亞50nm的特征尺寸且難以制造。還需要可靠的腔體來(lái)為激光操作提供 反饋。我們說(shuō)明了利用薩格納克環(huán)形鏡和微環(huán)諧振器的新型激光腔構(gòu)造。證實(shí)了基于這樣 的腔體的混合激光器，其具有1.2MHz的線寬、4.8mW的片上輸出功率和40dB以上的邊模抑制 比。
[0099]高折射率對(duì)比度的硅波導(dǎo)
[0100]圖IA是亞微米硅波導(dǎo)的SEM橫截面圖。圖IA中清晰可見(jiàn)硅器件層和掩埋氧化物。二 氧化硅層110的厚度是1·7μL?，硅波導(dǎo)120的厚度是0· 17ym(170nm)且寬度是0·507μπι (507nm)，并且硅結(jié)構(gòu)之間的橫向重復(fù)距離是2·774μπι。使用JBX-6300FS電子束光刻系統(tǒng)對(duì) 波導(dǎo)進(jìn)行圖案化且使用電感耦合等離子體反應(yīng)離子蝕刻器對(duì)波導(dǎo)進(jìn)行蝕刻。
[0101] 圖IB是亞微米硅波導(dǎo)的SEM立體圖。
[0102] 薩格納克環(huán)和微環(huán)外腔激光器
[0103] 該器件通過(guò)鑄造而制成。薩格納克環(huán)形鏡的透射率和反射率能夠分析預(yù)測(cè)得出， 因?yàn)槌寺酚刹▽?dǎo)以外它僅包含定向耦合器。
[0104] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的基于薩格納克環(huán)形鏡的激光腔構(gòu)造的示意圖?；谒_格納 克環(huán)形鏡的激光腔是優(yōu)選實(shí)施例。薩格納克環(huán)形鏡A 240由定向耦合器(DC)及在一側(cè)被與 其綁在一起的它的分支組成。它除了兩個(gè)并行波導(dǎo)以外不包含超細(xì)特征，且能夠通過(guò)單一 蝕刻步驟而制成。
[0105] 在圖2中，濾波器230是用于波長(zhǎng)濾波的在臨界耦合條件下被固定的微環(huán)，且薩格 納克環(huán)形鏡A 240用于在腔的一個(gè)端部處的寬帶反射。僅存在一個(gè)輸出端口250。在一些實(shí) 施例中，端口 250也能夠用作輸入端口。通過(guò)調(diào)整耦合長(zhǎng)度，能夠精確地控制薩格納克環(huán)形 鏡A 240的反射率。在一些實(shí)施例中，具有高反射率和低透射率的鏡B 210用在腔的另一個(gè) 端部處。鏡B 210的實(shí)施取決于增益介質(zhì)集成技術(shù)。它可以是邊緣耦合集成情況下的反射式 SOA的高反射端部或者是直接鍵合法情況下的另一個(gè)薩格納克環(huán)形鏡。
[0106] 增益介質(zhì)設(shè)置于增益腔220中。如圖2的實(shí)施例所示，鏡B 210和薩格納克環(huán)形鏡A 240形成光學(xué)腔(或光諧振器)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)端部。增益腔220內(nèi)的增益介質(zhì)與濾波器230以串 行通信的方式設(shè)置在光學(xué)腔結(jié)構(gòu)內(nèi)。在不同的實(shí)施例中，增益腔220內(nèi)的增益介質(zhì)與濾波器 230能夠以任何順序設(shè)置，只要保持串行通信即可。在優(yōu)選的實(shí)施例中，為了便于制造，可能 有益的是:如果濾波器230是微環(huán)濾波器，那么使濾波器230和薩格納克環(huán)形鏡A 240彼此物 理接近。在圖2所示的實(shí)施例中，微環(huán)濾波器230和薩格納克環(huán)形鏡A 240是獨(dú)立的且能夠被 分別優(yōu)化。這是具有低附加損耗的魯棒性器件。
[0107] 在圖2所示的實(shí)施例中，跑道環(huán)形諧振器230用作波長(zhǎng)濾波器。該環(huán)具有ΙΟμπι的半 徑和1.5μπι的長(zhǎng)直DC以維持臨界耦合。環(huán)FSR是8.7nm且FWHM是0.075nm，對(duì)應(yīng)于20000的Q。因 為環(huán)諧振器是梳狀濾波器且具有多個(gè)通帶，所以期望器件在靠近SOA增益光譜的頂部的諧 振波長(zhǎng)處產(chǎn)生激光。
[0108] 在一些實(shí)施例中，光學(xué)腔的具體結(jié)構(gòu)能夠包括位于例如由SOI晶片制成的硅芯片 上的反射器，并且增益區(qū)域由III/V型半導(dǎo)體材料設(shè)置而成。耦合能夠包括對(duì)接耦合、使用 錐體或倒錐體用于擴(kuò)展光束耦合、使用透鏡用于耦合或使用透鏡陣列用于耦合中的一者或 多者。
[0109] 在一些實(shí)施例中，能夠使用非冷卻操作來(lái)操作光學(xué)腔，其中，允許溫度自由變化。 在一些實(shí)施例中，能夠非氣密性地操作光學(xué)腔。在一些實(shí)施例中，能夠在裸片級(jí)別氣密性地 密封光學(xué)腔的一個(gè)或多個(gè)部件。
[0110] 在一些實(shí)施例中，在硅側(cè)或在III/V側(cè)或在這兩側(cè)，在光學(xué)端面上包括一個(gè)或多個(gè) 光學(xué)涂層。
[0111] 在各種實(shí)施例中，光學(xué)腔提供能夠包括感興趣的單一波長(zhǎng)或感興趣的多個(gè)波長(zhǎng)的 輸出光束。在一些實(shí)施例中，光學(xué)腔提供這樣的輸出光束:其是窄線寬輸出光束。
[0112] 激光物理
[0113] 光學(xué)腔或光諧振器包含用于形成光波的駐波腔諧振器的鏡子。光學(xué)腔是激光器的 主要部件，光學(xué)腔包圍增益介質(zhì)且提供激光反饋。它們也被用于光參量振蕩器和一些干涉 儀中。被限制在腔內(nèi)的光在鏡子之間反射(或傳遞)多次，從而產(chǎn)生一定諧振頻率的駐波。產(chǎn) 生的駐波圖樣(pattern)被稱為模(mode)?？v模僅在頻率方面不同，而橫模具有不同的頻率 且在光束橫截面上具有不同的強(qiáng)度圖樣。
[0114] 在激光器中，存在對(duì)光進(jìn)行放大的增益介質(zhì)。激光器栗浦涉及將能量從外部源傳 入激光器的增益介質(zhì)。不同的增益介質(zhì)能夠通過(guò)各種方法而被栗浦，這些方法能夠包括從 電源、光源或甚至化學(xué)源提供能量。增益介質(zhì)吸收能量并且建立原子激發(fā)態(tài)。當(dāng)一個(gè)激發(fā)態(tài) 下的粒子數(shù)量超過(guò)基態(tài)或更低激發(fā)態(tài)下的粒子數(shù)量時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)原子激發(fā) 態(tài)弛豫(返回到基態(tài))時(shí)，發(fā)射出光子。在激光器中，能夠通過(guò)如下光子的存在來(lái)引發(fā)激發(fā)態(tài) 的發(fā)射，所述光子具有與激發(fā)態(tài)和基態(tài)之間的能量差相匹配的能量。發(fā)射出的光子具有相 同的波長(zhǎng)和方向且與刺激激發(fā)態(tài)發(fā)射的光同相，這樣的狀況被稱為相干。激光器中的發(fā)射 過(guò)程被稱為受激發(fā)射，這就是選擇"激光(LASER)"（利用輻射的受激發(fā)射的光放大：+ight Amplification by Stimulated 巨mission of盡adiation)作為名稱的原因。為了發(fā)生激光 器操作，栗浦功率必須高于激光器的激光發(fā)射閾值。
[0115] 在操作中，光在鏡A 240與鏡B 210之間的光學(xué)腔內(nèi)來(lái)回傳遞。增益腔220內(nèi)的增益 介質(zhì)放大光以使光每次通過(guò)增益介質(zhì)時(shí)強(qiáng)度增大。濾波器230過(guò)濾掉不感興趣的波長(zhǎng)，以使 這些波長(zhǎng)的受激發(fā)射受到抑制。激光的波長(zhǎng)能夠被調(diào)諧至濾波器230能夠用來(lái)選擇一個(gè)或 多個(gè)離散波長(zhǎng)通過(guò)的程度。
[0116] 根據(jù)使用的增益介質(zhì)的類型，能夠從具有適當(dāng)特性的任何方便的功率源中選擇對(duì) 增益介質(zhì)進(jìn)行栗浦的功率(例如，電功率或光功率等）。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，增益介質(zhì) 能夠是電栗浦增益介質(zhì)、光栗浦增益介質(zhì)或甚至化學(xué)栗浦增益介質(zhì)。增益介質(zhì)能夠是固體、 液體或氣體。
[0117] 圖4示出了環(huán)形濾波器下降（實(shí)線）和通過(guò)(虛線）光譜以及150mA時(shí)SOA增益光譜。 期望的激光波長(zhǎng)（1552.3nm)由星號(hào)表不。
[0118] 從圖2可直接看出，薩格納克環(huán)形鏡A 240對(duì)于0或100%的DC耦合比具有100%的 透射率。因?yàn)镈C是對(duì)稱的，所以能夠如下地預(yù)測(cè)任意耦合長(zhǎng)度x處的透射率T:
[0119]
[0120] 其中，L是100%耦合長(zhǎng)度且Φ表示波導(dǎo)彎頭耦合貢獻(xiàn)。反射率等于1 一Τ，因?yàn)镈C的 附加損耗是可忽略的。為了描述薩格納克環(huán)形鏡透射率或反射率的特征，使用可調(diào)諧激光 器來(lái)測(cè)量直接連接至兩個(gè)光柵耦合器的具有不同耦合長(zhǎng)度的如圖2中的鏡A 240所示的結(jié) 構(gòu)。
[0121] 圖3Α是使用可調(diào)諧激光器和光柵耦合器測(cè)量的薩格納克環(huán)形鏡透射光譜的曲線 圖。拋物線形狀和波紋是由光柵耦合器的光譜響應(yīng)造成的。當(dāng)耦合長(zhǎng)度從3μπι變化至12μπι 時(shí)，功率降低表明透射率減小。
[0122] 圖3Β是在1550nm波長(zhǎng)處的作為DC耦合長(zhǎng)度的函數(shù)的薩格納克環(huán)形鏡的透射率和 反射率的曲線圖。從圖3B中看出，測(cè)量的數(shù)據(jù)非常符合理論。通過(guò)選擇相應(yīng)的耦合長(zhǎng)度，能 夠精確地控制鏡的透射率和反射率。
[0123] 圖3C是標(biāo)準(zhǔn)化透射光譜的曲線圖。如圖3C所示，波導(dǎo)限制隨著工作波長(zhǎng)的紅移而 減少，因此倏逝波耦合及因此獲得的薩格納克環(huán)形鏡的反射率在較長(zhǎng)波長(zhǎng)處較大。
[0124] 被切分的硅芯片首先被拋光以創(chuàng)建用于邊緣耦合的平滑側(cè)壁。利用在S. Yang， Y. Zhang ,D.ff.Grund,G.A.Ejzak,Y.Liu,A.Novack,D.Prather , A.E-J Lim,G-Q Lo, T·Baehr-Jones和M.Hochberg等人的〃A single adiabatic microring-based laser in 220nm silicon-on-insulator, "Opt .Express 22( I), 1172-1180(2013)中所述的方法，使 用超薄邊緣耦合器來(lái)匹配用于低耦合損耗的SOA模式。硅芯片上的半腔利用六軸臺(tái)與SOA對(duì) 準(zhǔn)。
[0125] 圖5A示出了測(cè)試裝置的圖像。如圖5A所示，陰極探針510和陽(yáng)極探針560被用來(lái)將 栗浦電流提供至SOA 52(LS0A通過(guò)TEC而保持在25°C。硅芯片530位于金屬夾頭上且處于室 溫（15至20°C)中。透鏡光纖550用來(lái)收集來(lái)自SOA的高反射端部的光以檢測(cè)作為對(duì)準(zhǔn)期間的 反饋信號(hào)的腔內(nèi)功率。光纖束540被對(duì)齊以探查輸出光柵親合器。
[0126] 在硅芯片上，輸出光柵耦合器首先連接至y形接頭，該接頭具有3dB的本征損耗（由 于功率分配)和〇.3dB的附加損耗。y形接頭的一個(gè)分支連接至與光纖陣列的光纖節(jié)距匹配 的127μπι遠(yuǎn)處的另一個(gè)光柵耦合器，而另一個(gè)分支通向混合激光器的輸出波導(dǎo)。在混合激光 器關(guān)閉的情況下，使用安捷倫(Agilent)激光器和功率計(jì)使光纖陣列主動(dòng)地與光柵耦合器 環(huán)對(duì)準(zhǔn)。光柵耦合器損耗同時(shí)以8.5dB為特征，這與在晶片規(guī)模測(cè)試期間通?？吹降那闆r相 比更高，這是因?yàn)樽鳛轭A(yù)防措施，它與芯片表面保持更遠(yuǎn)距離。然后，安捷倫激光器關(guān)閉且 混合激光器開(kāi)啟，當(dāng)改變栗浦電流時(shí)，觀察到60mA附近的尖銳的閾值行為。
[0127] 圖5B是SOA硅芯片接口的近視圖。
[0128] 圖5C繪出了使用具有0.1 nm分辨率的光譜分析儀在170mA栗浦電流下測(cè)量的光譜。 在激光光譜中清晰可見(jiàn)環(huán)濾波器光譜響應(yīng)的特征紋路，具有等于環(huán)FSR的模間隔。如從圖4 所期望的，激光峰值出現(xiàn)在1552.3nm處。SMSR是40dB。在對(duì)光柵耦合器插入損耗進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化 之后，片上功率是1.05mW。腔損耗的主要因素是鏡透射率(90%在硅芯片上薩格納克環(huán)處和 10%在SOA遠(yuǎn)端端面處）以及耦合損耗(估計(jì)超過(guò)4dB)。有角度的波導(dǎo)在硅芯片和SOA兩者上 用來(lái)避免在芯片接口處進(jìn)入腔的反射。
[0129] 我們進(jìn)行外差實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量激光器線寬。從光纖陣列的激光器輸出通過(guò)2X2光纖耦 合器與窄線寬激光器(安捷倫81600B，線寬約I OOkHz)的輸出進(jìn)行組合。組合的光信號(hào)(或組 合的光束)被光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換成電域信號(hào)，該光電探測(cè)器的光電流被送入RF頻譜分析儀。圖 6繪出了外差光譜數(shù)據(jù)以及洛倫茲擬合。擬合曲線表明我們激光器的FWHM是約13.17MHz。
[0130] 光刻微環(huán)諧振波長(zhǎng)控制
[0131] 如圖5C所示，盡管具有40dB的高SMSR，但是許多縱模是可用的，在ASE噪聲基底之 上直到10dB。這是因?yàn)槲h(huán)是梳狀濾波器且SOA增益光譜相對(duì)寬且平。激光器易受干擾且激 光波長(zhǎng)可能跳至緊挨的腔縱模。這能夠通過(guò)增大自由光譜范圍(FSR)而得到解決。如果FSR 寬于平坦的增益光譜，那么所有其它的腔模將被抑制。
[0132] 微環(huán)的潛在缺點(diǎn)是它們對(duì)制造差異的靈敏度。對(duì)于商業(yè)CMOS工廠加工的晶片，據(jù) 報(bào)道，跨晶片（cross-wafer)的諧振波長(zhǎng)擴(kuò)展與其FSR-樣大。如果微環(huán)用作WDM調(diào)制器，那 么環(huán)諧振能夠被熱調(diào)諧至最近的柵格溝道，從而在一定程度上減小制造靈敏度。然而，如果 微環(huán)被用在激光腔的內(nèi)部，那么激光波長(zhǎng)的非預(yù)測(cè)性可能妨礙這樣的器件的實(shí)際應(yīng)用。
[0133] 波導(dǎo)幾何結(jié)構(gòu)變化對(duì)微環(huán)諧振波長(zhǎng)的影響能夠被建模為對(duì)波導(dǎo)有效折射率的干 擾。FSR取決于波導(dǎo)的群折射率，其不受制造誤差的影響且能夠在各晶片和各加工批次之間 受到精確地控制。如果FSR增大為顯著大于波長(zhǎng)的隨機(jī)擴(kuò)展，那么這樣的擴(kuò)展確定可能的激 光波長(zhǎng)的范圍。擴(kuò)展取決于環(huán)波導(dǎo)設(shè)計(jì)、SOI晶片和硅處理。我們選擇加寬的絕熱微環(huán) (AMR)，其具有大的FSR且對(duì)制造變化的魯棒性更強(qiáng)。在AMR中，波導(dǎo)在耦合區(qū)的附近狹窄以 確保單模操作，然后逐漸加寬以支撐緊密的彎曲幾何結(jié)構(gòu)和可能的形成金屬觸頭的需求。 對(duì)于2μηι半徑的AMR，F(xiàn)SR與54nm-樣大。
[0134] 圖7A是示意了 AMR下降(實(shí)線)和通過(guò)(虛線)端口的光譜的曲線圖。
[0135] 如圖7A所示，在我們的測(cè)試激光器的1500nm至1580nm的可掃描范圍內(nèi)僅存在一個(gè) 諧振峰值。諧振FWHM是1.38nm，對(duì)應(yīng)于39的精細(xì)度或1100的Q因數(shù)。我們?cè)?英寸晶片上所有 31個(gè)完整的2.5cmX3.2cm標(biāo)線上測(cè)量出相同的器件設(shè)計(jì)。晶片夾頭溫度設(shè)定為30°C，此時(shí) 晶片最穩(wěn)定。
[0136] 圖7B是8英寸晶片上諧振波長(zhǎng)分布的等值線圖。
[0137] 圖7C是諧振波長(zhǎng)分布的統(tǒng)計(jì)條形圖。
[0138] 圖7B和圖7C示出了諧振波長(zhǎng)分布等值線且表格1列出了統(tǒng)計(jì)資料。平均值是 1528 · 76nm 且標(biāo)準(zhǔn)差是 3 · 32nm。
[0139] 圖7D是AMR布局的不意。在一個(gè)實(shí)施例中，wl = 0 · 3ym、w2 = 0 · 46ym、w3 = 0 · 76μηι且 w4 = 0 · 2μηι〇
[0140] 為了進(jìn)一步驗(yàn)證諧振波長(zhǎng)的可預(yù)測(cè)性，也測(cè)量了同一晶片上具有稍微不同半徑的 AMR，并且在圖8和表格2中匯總了結(jié)果。最大值減去最小值的波長(zhǎng)范圍落在12.30nm與 16 · 30nm之間。標(biāo)準(zhǔn)差在3 · 32nm與3 · 78nm之間，并且具有3 · 6nm的平均值。在具有20nm、3〇厚 度變化的SOI晶片上使用248nm光刻對(duì)器件進(jìn)行圖案化。通過(guò)切換至193nm、193nm浸沒(méi)式光 刻和更加均勻的晶片，觀察到器件均勻性的顯著改善。對(duì)于WDM應(yīng)用，目標(biāo)波長(zhǎng)能夠被設(shè)定 為波長(zhǎng)擴(kuò)展的下界，然后局部熱調(diào)諧至柵極波長(zhǎng)且在主動(dòng)反饋控制下穩(wěn)定化。因?yàn)檎{(diào)諧范 圍是FSR的極小一部分，所以熱調(diào)諧功率是極小的。
[0141] Si3N4邊緣耦合器
[0142] 在一些實(shí)施例中，人們可能需要解決由于由硅波導(dǎo)與RSOA波導(dǎo)之間的模式不匹配 造成的芯片接口處耦合損耗而產(chǎn)生的低輸出功率。圖IA示出了典型硅波導(dǎo)的橫截面且圖10 不出了它的模場(chǎng)分布。RSOA波導(dǎo)的近場(chǎng)模場(chǎng)分布未被準(zhǔn)確地知曉，但是典型的單模激光器 具有約3μπιΧ1μπι的模場(chǎng)直徑(MFD)。為了更好地匹配RSOA模式和降低耦合損耗，人們能夠使 用氮化硅波導(dǎo)邊緣耦合器。氮化硅是CMOS兼容材料，并且通常用作硬掩膜，用于后段工藝 (BEOL)電介質(zhì)且用作晶片鈍化層。在限定硅波導(dǎo)后，利用化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)在硅波導(dǎo)頂 面上方沉積350nm的氧化物然后將其平坦化至IOOnm。其后，通過(guò)光刻和干法蝕刻來(lái)沉積和 圖案化200nm氮化娃。
[0143] 圖9是硅波導(dǎo)-氮化硅波導(dǎo)耦合器的示意圖，其中，910表示硅且920表示氮化硅。
[0144] 表格 1
[0150]如圖9所示，使用推拉式耦合器將光從硅波導(dǎo)耦合至氮化硅波導(dǎo)。硅波導(dǎo)引導(dǎo)寬度 從0.5μηι錐形下降至0.18μηι，而氮化娃波導(dǎo)寬度從0.25μηι逐漸增大至1. Ομπι。該親合器的插 入損耗被測(cè)量是〇.3dB。然后，氮化硅波導(dǎo)寬度被絕熱地逐漸增大至4.25μπι。圖10是圖示了 尺寸為4.25μπιX 0.2μπι的氮化硅波導(dǎo)的模場(chǎng)分布的示意圖。氮化硅的折射率是1.95至2.0。 在0.2μπι厚度的情況下，它進(jìn)行引導(dǎo)，但是限制因子低。如圖10所示，在垂直方向上，模場(chǎng)的 大部分處于氧化物包覆層內(nèi)。該氮化硅波導(dǎo)的MFD是3.5μπιΧ 0.7μπι，更好地匹配典型的SOA 模式。
[0151] 以ARM和改進(jìn)的邊緣耦合器重復(fù)前述的對(duì)準(zhǔn)和測(cè)量程序。在SOI芯片后，適當(dāng)?shù)貙?duì) 準(zhǔn)RSOA芯片和光纖陣列并且打開(kāi)RSOA栗浦電流。當(dāng)增大栗浦電流時(shí)，觀察到60mA附近的尖 銳閾值行為。在170mA(閾值電流的約3倍)下，從功率計(jì)測(cè)量出的光功率是-5dBm，其對(duì)應(yīng)于 對(duì)8.5dB的光柵耦合器插入損耗和3.3dB的Y形接頭插入損耗進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化之后的6.8dBm或 4.SmW的片上功率。圖IlA繪出了光譜且圖IlB繪出了外差光譜。外差光譜的洛倫茲擬合具有 1.28MHz的半最大值全寬度(FWHM)，表明混合激光器線寬是約1.2MHz。
[0152] QD 0波段激光器
[0153]硅光子技術(shù)的一個(gè)主要應(yīng)用是高速數(shù)據(jù)通信，例如數(shù)據(jù)中心中的光互連。短距離 系統(tǒng)在〇波段(標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的最低色散波長(zhǎng)窗口）中已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。表格3列出了用于光通信 系統(tǒng)的被選波段的波長(zhǎng)范圍。因此，〇波段硅光子器件是令人極有興趣的。然而，迄今被證實(shí) 的幾乎所有器件都在C波段(光纖低損耗窗口）操作，這是原因激光器、放大器和其它測(cè)試裝 置在該波長(zhǎng)范圍具有更廣泛的可用性。
[0154] 對(duì)于第一級(jí)，無(wú)源器件幾何尺寸是以波長(zhǎng)來(lái)衡量的，用于調(diào)制的自由載流子等離 子體效應(yīng)不是波長(zhǎng)敏感的，且光電探測(cè)器中的鍺在0波段具有更強(qiáng)的吸附。典型材料的增益 光譜不能覆蓋兩個(gè)波長(zhǎng)，所以需要考慮不同的增益介質(zhì)。能夠使用常規(guī)的量子阱激光器，但 是QD激光器在低閾值電流和低熱靈敏度方面具有更好的性能。
[0155] 使用基于QD的RS0A。它基于具有砷化鋁鎵勢(shì)皇的砷化鎵中的砷化銦量子點(diǎn)，并且 它是商售的成品，例如從德國(guó)多特蒙德市（郵編44263)Konrad-Adenauer-Allee街道11號(hào)的 Innolume GmbH公司購(gòu)得。高反射端的端面反射率>99%且抗反射端的端面反射率〈1 %。娃 芯片布局和對(duì)準(zhǔn)過(guò)程類似于前述的器件。它繼承了 QD激光器的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，并且保持了商售 RSOA的成熟性以及硅光子芯片的CMOS兼容性。
[0156] 圖12A是作為栗浦電流的函數(shù)的激光器偏置電壓和輸出功率的曲線圖。
[0157] 圖12B是QD 0波段激光器的光譜的曲線圖。
[0158] 閾值在90mA處。也可獲得由于電流掃頻時(shí)的跳模而造成的一些彎折，這是混合硅 光子激光器共有的。由于機(jī)械或熱誘導(dǎo)的對(duì)準(zhǔn)干擾，250mA附近的彎折是不規(guī)則的和最有可 能的。激光峰值出現(xiàn)在1302nm處且獲得50dB以上的SMSR。
[0159] 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸實(shí)驗(yàn)以進(jìn)一步驗(yàn)證混合外腔激光器的可行性。激光器輸出是使用鈮 酸鋰(LiNO3)馬赫-曾德?tīng)?Mach-Zehnder)調(diào)制器調(diào)制的不歸零碼(NRZ)，并且使用InGaAs 光電探測(cè)器對(duì)其進(jìn)行探測(cè)。光電流被放大且被顯示在數(shù)字通信分析儀（DCA)上。圖13是 lOGb/s時(shí)外部調(diào)制的激光器輸出的眼圖的屏幕截圖。如圖13所示，lOGb/s時(shí)觀察到清晰張 開(kāi)的眼圖，這是對(duì)包括線寬、相對(duì)強(qiáng)度噪聲、穩(wěn)定性和其它參數(shù)在內(nèi)的激光器質(zhì)量的整體證 明。
[0160] 數(shù)據(jù)速率隨后被增大至40Gb/s。商售DFB激光器（杰爾系統(tǒng)（Agere systems) A1611A/B)用作控件。由于系統(tǒng)帶寬限制，觀察到更長(zhǎng)的上升和下降時(shí)間。圖14A是使用商售 DFB激光器在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中觀察到的40Gb/s時(shí)的眼圖的屏幕截圖。
[0161] 使用混合硅外腔激光器來(lái)重復(fù)相同的測(cè)試。圖14B是使用根據(jù)本發(fā)明原理的混合 硅外腔激光器觀察到的在40Gb/s時(shí)的眼圖的屏幕截圖。觀察到相同程度的眼張開(kāi)性，這確 認(rèn)了被測(cè)器件用于高速數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)是可行的。
[0162] 設(shè)計(jì)與制造
[0163] 在第 7200308、7339724、7424192、7480434、7643714、7760970、7894696、8031985、 8067724、8098965、8203115、8237102、8258476、8270778、8280211、8311374、8340486、 8380016、8390922、8798406和8818141號(hào)美國(guó)專利的一者或多者中說(shuō)明了具有與本文中所 述元件類似的元件的器件的設(shè)計(jì)與制造方法，將這些文件中各者的全部?jī)?nèi)容以引用的方式 并入本文。
[0164] 定義
[0165] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"光通信通道"意在表示單一光通道，例如波分復(fù)用(WDM) 系統(tǒng)中能夠使用特定載波波長(zhǎng)攜帶信息的光等。
[0166] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"光載波"意在表示這樣的介質(zhì)或結(jié)構(gòu):包括WDM信號(hào)的許 多光信號(hào)能夠通過(guò)這樣的介質(zhì)或結(jié)構(gòu)傳播，舉例來(lái)說(shuō)，其能夠包括氣體(例如空氣等）、空隙 (例如真空或地外空間等)和結(jié)構(gòu)(例如光纖和光波導(dǎo)等）。
[0167] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"光信號(hào)"意在表示具有至少一個(gè)波長(zhǎng)的光波或光束。除 非另有限制，當(dāng)閱讀上下文時(shí)，術(shù)語(yǔ)"光信號(hào)"能夠表示涵蓋一定波長(zhǎng)范圍的寬帶信號(hào)、具有 非常窄波長(zhǎng)范圍的光信號(hào)或具有基本單一波長(zhǎng)的例如激光信號(hào)等光信號(hào)中的任一者。
[0168] 記錄來(lái)自操作或數(shù)據(jù)獲取的結(jié)果(例如，記錄特定頻率或波長(zhǎng)處的結(jié)果)在本文中 被理解為和被定義為以非短暫或非易失性的方式將輸出數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)元件、機(jī)器可讀存儲(chǔ) 媒介或存儲(chǔ)器件。能夠用于本發(fā)明的非短暫或非易失性機(jī)器可讀存儲(chǔ)媒介包括電、磁和/或 光存儲(chǔ)媒介，例如磁軟盤(pán)和硬盤(pán);DVD驅(qū)動(dòng)器、CD驅(qū)動(dòng)器(在一些實(shí)施例中，其能夠使用DVD 盤(pán)、使用⑶-ROM盤(pán)（即，只讀光存儲(chǔ)盤(pán)）、⑶-R盤(pán)（即，一次寫(xiě)入，多次讀取光存儲(chǔ)盤(pán))和⑶-RW 盤(pán)（即，可重寫(xiě)光存儲(chǔ)盤(pán)）中的任一者）；和例如RAM、ROM、EPROM、緊湊型閃存卡、PCMCIA卡或 可替代地SD或SDIO存儲(chǔ)器等電存儲(chǔ)媒介;并且包括適應(yīng)于存儲(chǔ)媒介且從存儲(chǔ)媒介讀取和/ 或向存儲(chǔ)媒介寫(xiě)入的電部件(例如，軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、DVD驅(qū)動(dòng)器、CD/CD-R/CD-RW驅(qū)動(dòng)器或緊湊 型閃存/PCMCIA/SD適配器）。除非另外明確敘述，本文中提及的任何"記錄"或"進(jìn)行記錄"被 理解為是指非短暫或非易失性的記錄或非短暫或非易失性地進(jìn)行記錄。
[0169] 理論探討
[0170]盡管本文給出的理論說(shuō)明被認(rèn)為是正確的，但是本文中說(shuō)明的和請(qǐng)求保護(hù)的器件 的操作不取決于理論說(shuō)明的準(zhǔn)確性或有效性。即，日后的理論發(fā)展可能在與本文中提出的 理論不同的基礎(chǔ)上對(duì)觀察到的結(jié)果進(jìn)行解釋，這將不會(huì)貶損本文中所述的發(fā)明。
[0171] 引用并入
[0172] 說(shuō)明書(shū)中認(rèn)定的任何專利、專利申請(qǐng)、專利申請(qǐng)公開(kāi)、雜志文章、書(shū)籍、出版論文或 其它公開(kāi)可用材料的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。應(yīng)該以引用的方式并入本文但是與 現(xiàn)有定義、報(bào)告或本文中明確陳述的其它公開(kāi)材料相沖突的任何材料或其一部分僅在被并 入材料與本文公開(kāi)材料之間不會(huì)產(chǎn)生沖突的程度上進(jìn)行并入。如果沖突，那么以有利于作 為優(yōu)選公開(kāi)的本公開(kāi)的方式解決沖突。
[0173] 雖然已經(jīng)參照如附圖所示的優(yōu)選方式特別地圖示和說(shuō)明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技 術(shù)人員將理解，在不偏離權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下，可以實(shí)施各種 細(xì)節(jié)變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光學(xué)腔，其包括： 單光端口，所述單光端口被構(gòu)造用來(lái)提供輸出光束； 第一鏡元件，所述第一鏡元件包括亞微米硅波導(dǎo)，所述第一鏡元件具有第一透射率和 第一反射率，所述第一鏡元件形成位于所述光學(xué)腔的第一端部處的第一光反射器，所述第 一鏡元件與所述單光端口進(jìn)行光通信； 第二鏡元件，所述第二鏡元件具有第二透射率和第二反射率，所述第二鏡元件形成位 于所述光學(xué)腔的第二端部處的第二光反射器； 所述第一鏡元件和所述第二鏡元件中的至少一者是薩格納克環(huán)形鏡;并且 在所述第一鏡元件與所述第二鏡元件之間的串行光通信中設(shè)置有： 濾波器元件，所述濾波器元件被構(gòu)造為使具有被選光波長(zhǎng)的光束通過(guò);和 增益腔，所述增益腔被構(gòu)造為內(nèi)部含有光增益介質(zhì)。2. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)腔，其中，所述第一鏡元件是寬帶反射器。3. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述第一鏡元件具有隨著所述被選 波長(zhǎng)增大而增大的反射率。4. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述第一鏡元件具有可變的反射率。5. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述濾波器元件是基于微環(huán)的濾波 器。6. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述濾波器元件是可調(diào)諧濾波器。7. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述濾波器元件是熱可調(diào)諧濾波器。8. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述濾波器元件具有多個(gè)通帶。9. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述第二鏡具有由端面限定的反射 率。10. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述被選光波長(zhǎng)是位于用于遠(yuǎn)程通 信的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)。11. 如權(quán)利要求10所述的光學(xué)腔，其中，所述被選光波長(zhǎng)是位于O波段內(nèi)的波長(zhǎng)。12. 如權(quán)利要求10所述的光學(xué)腔，其中，所述被選光波長(zhǎng)是位于C波段內(nèi)的波長(zhǎng)。13. 如權(quán)利要求10所述的光學(xué)腔，其中，所述被選光波長(zhǎng)是位于從e波段、S波段、L波段 和U波段中選擇的波段內(nèi)的波長(zhǎng)。14. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述第一鏡元件和所述第二鏡元件 中的至少一者被布置在硅基板上，且所述增益腔包含含有III/V型半導(dǎo)體復(fù)合物的光增益 介質(zhì)。15. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述光增益介質(zhì)經(jīng)由對(duì)接耦合器、 錐體、倒錐體、透鏡和透鏡陣列中的至少一者被光耦合至所述光學(xué)腔。16. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述光學(xué)腔被構(gòu)造為在不冷卻的情 況下操作。17. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述光學(xué)腔被構(gòu)造為在沒(méi)有氣密性 密封的情況下操作。18. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述端面包括光學(xué)涂層。19. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述輸出光束包括感興趣的單一光 波長(zhǎng)。20. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述輸出光束包括感興趣的多個(gè)光 波長(zhǎng)。21. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的光學(xué)腔，其中，所述輸出光束包括窄線寬輸出光 束。22. -種方法，其包括以下步驟： 提供光學(xué)腔，所述光學(xué)腔包括： 單光端口，所述單光端口被構(gòu)造用來(lái)提供輸出光束； 第一鏡元件，所述第一鏡元件包括亞微米硅波導(dǎo)，所述第一鏡元件具有第一透射率和 第一反射率，所述第一鏡元件形成位于所述光學(xué)腔的第一端部處的第一光反射器，所述第 一鏡元件與所述單光端口進(jìn)行光通信； 第二鏡元件，所述第二鏡元件具有第二透射率和第二反射率，所述第二鏡元件形成位 于所述光學(xué)腔的第二端部處的第二光反射器； 所述第一鏡元件和所述第二鏡元件中的至少一者是薩格納克環(huán)形鏡;并且 在所述第一鏡元件與所述第二鏡元件之間的串行光通信中設(shè)置有： 濾波器元件，所述濾波器元件被構(gòu)造為使具有被選光波長(zhǎng)的光束通過(guò);和 增益腔，所述增益腔被構(gòu)造為內(nèi)部包含光增益介質(zhì)； 操作所述光學(xué)腔來(lái)生成輸出光束;并且 進(jìn)行下述操作的至少一者:記錄所述輸出光束、將所述輸出光束傳輸給另一個(gè)器件和 將所述輸出光束顯示給用戶。
【文檔編號(hào)】H01S3/30GK105917533SQ201480073068
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2014年11月20日
【發(fā)明人】張儀, 楊書(shū)宇, 邁克爾·J·霍赫貝格, 托馬斯·貝爾-約恩斯
【申請(qǐng)人】科銳安先進(jìn)科技有限公司