專利名稱：用于對(duì)光發(fā)射模塊進(jìn)行集成的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及通信，更具體地，本發(fā)明涉及光通信。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)率正在超過(guò)電話業(yè)務(wù)，推動(dòng)了對(duì)于光纖光通信的需要，對(duì)于快速和有效的基于光學(xué)的技術(shù)的需要不斷增加。在密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)和千兆(GB)以太網(wǎng)系統(tǒng)中的同一光纖上的多路光學(xué)信道的傳送提供了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)使用由光纖光學(xué)系統(tǒng)提供的史無(wú)前例的容量(信號(hào)帶寬)。在該系統(tǒng)中通常使用的光學(xué)部件包括波分復(fù)用(WDM)發(fā)射器和接收器、諸如衍射光柵、薄膜光柵、光纖布拉格(Bragg)光柵、陣列波導(dǎo)光柵之類的光學(xué)濾波器、光學(xué)插/分多路復(fù)用器和激光器。
激光器是公知的設(shè)備，它通過(guò)受激發(fā)射而發(fā)射光線，產(chǎn)生頻譜范圍從紅外到紫外的相干光束，并可以在大量應(yīng)用中使用。例如，在光通信或者連網(wǎng)應(yīng)用中，半導(dǎo)體激光器可以被用于產(chǎn)生光線或者光束，在其上可以編碼并傳送數(shù)據(jù)或者其他信息。
在光通信或者連網(wǎng)應(yīng)用中所使用的另外的設(shè)備是基于光纖的布拉格光柵。光纖布拉格光柵是一種光學(xué)纖維，其纖芯材料的折射率沿著光纖長(zhǎng)度周期性地變化，這可以通過(guò)將光敏纖芯曝光給強(qiáng)光學(xué)干涉圖案而形成。利用沿光纖長(zhǎng)度的折射率的變化，特定波長(zhǎng)的光束被光纖布拉格光柵反射，而其他波長(zhǎng)被允許傳播通過(guò)光纖。
光纖布拉格光柵的一個(gè)局限是被光纖布拉格光柵反射的特定波長(zhǎng)基本上是固定的。所以，如果要反射不同波長(zhǎng)的光線，就需要使用不同的光纖布拉格光柵。在一些公知的光纖布拉格光柵中，通過(guò)物理或者機(jī)械地拉伸光纖布拉格光柵的光學(xué)纖維以改變光學(xué)纖維的長(zhǎng)度，可以提供對(duì)被反射波長(zhǎng)的微小的調(diào)整。這種技術(shù)的缺點(diǎn)是對(duì)被反射的波長(zhǎng)的調(diào)整量相對(duì)小，并且光學(xué)纖維可能由于拉伸的物理應(yīng)力和應(yīng)變而遭受破壞。
在光通信中所使用的另外的設(shè)備包括光學(xué)發(fā)射器，它們是寬帶DWDM連網(wǎng)系統(tǒng)中和千兆(GB)以太網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。目前，多數(shù)光學(xué)發(fā)射器基于與外部調(diào)制器相結(jié)合的若干固定波長(zhǎng)激光器，或者在一些情況中，基于直接調(diào)制激光器。從激光器所產(chǎn)生的光纖被調(diào)制之后，其利用外部多路復(fù)用器被多路復(fù)用，然后被發(fā)送到光學(xué)纖維網(wǎng)絡(luò)，在那里光線可以被放大或者通過(guò)光開(kāi)關(guān)被定向，或者兩者都發(fā)生。由于激光器通常產(chǎn)生固定的波長(zhǎng)，所以對(duì)每個(gè)通信信道使用分別的激光器和調(diào)制器。但是，制造激光器和相關(guān)聯(lián)的部件的成本非常高，對(duì)要被發(fā)射的每種波長(zhǎng)的光線使用分別的部件會(huì)是昂貴并且低效的。


在附圖中，以示例的方式而非限定的方式圖示了本發(fā)明。
圖1是圖示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的集成的光發(fā)射模塊的一個(gè)實(shí)施例的示圖。
圖2是圖示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的集成的光發(fā)射模塊的另一個(gè)實(shí)施例的示圖。
圖3是圖示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)可以被包括在光發(fā)射模塊中的光調(diào)制器的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖4是圖示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)同樣可以被包括在光發(fā)射模塊中的可調(diào)諧激光器的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
圖5是圖示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)被布置在半導(dǎo)體襯底中的可調(diào)諧布拉格光柵的一個(gè)實(shí)施例的橫截面的框圖，該實(shí)施例包括加熱器，該加熱器用在可以被包括在光發(fā)射模塊中的可調(diào)諧激光器中。
圖6是圖示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)被布置在半導(dǎo)體襯底中的可調(diào)諧布拉格光柵的一個(gè)實(shí)施例的立體圖，該實(shí)施例包括被布置在半導(dǎo)體襯底中的脊形波導(dǎo)。
圖7是圖示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)被布置在包括電荷調(diào)制區(qū)域的半導(dǎo)體襯底中的可調(diào)諧布拉格光柵的另一個(gè)實(shí)施例的框圖。
圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的集成的光發(fā)射模塊的另一個(gè)實(shí)施例。
圖9圖示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的集成的光發(fā)射模塊的又一個(gè)實(shí)施例。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的光通信系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖，該系統(tǒng)包括集成的光發(fā)射模塊作為WDM網(wǎng)絡(luò)的一部分。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在公開(kāi)用于將可調(diào)諧激光器和光調(diào)制器集成到單個(gè)襯底中的方法和裝置。在下面的說(shuō)明中，為了提供對(duì)本發(fā)明徹底的理解，提出了許多特定的細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，并非必須使用這些特定細(xì)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其他情況中，沒(méi)有詳細(xì)描述公知的材料或者方法，以避免混淆本發(fā)明。
貫穿本說(shuō)明書(shū)對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”的提及意思是結(jié)合該實(shí)施例所描述的具體的特征、結(jié)構(gòu)或者特性被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，貫穿本說(shuō)明書(shū)在各種地方出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”未必都是指同一個(gè)實(shí)施例。此外，具體的特征、結(jié)構(gòu)或者特性可以在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例中以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇M合。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，利用布置在半導(dǎo)體襯底中的二極管或者增益介質(zhì)產(chǎn)生光束。同樣被布置在半導(dǎo)體襯底中的可調(diào)諧布拉格光柵可以光耦合到增益介質(zhì)，以調(diào)諧光束的輸出波長(zhǎng)。布拉格光柵和增益介質(zhì)一起被包括在可調(diào)諧激光器中。半導(dǎo)體襯底還包括光調(diào)制器，該光調(diào)制器可以響應(yīng)于調(diào)制信號(hào)調(diào)制光束。將可調(diào)諧激光器和調(diào)制器這樣集成到單個(gè)半導(dǎo)體芯片中允許多個(gè)激光器和發(fā)射器被加入到單個(gè)模塊中。由于可以使用單個(gè)模塊來(lái)發(fā)射不同的波長(zhǎng)，所以這降低了光發(fā)射的成本。
圖1是圖示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的集成的光發(fā)射模塊100的一個(gè)實(shí)施例的示圖。如圖所示，一個(gè)實(shí)施例的集成的光發(fā)射模塊100被布置在包含半導(dǎo)體襯底111的絕緣體上硅(SOI)晶片上。襯底111可以包括可調(diào)諧激光器，該可調(diào)諧激光器包括被光耦合到可調(diào)諧布拉格光柵104上的增益介質(zhì)102，該可調(diào)諧布拉格光柵104可以調(diào)諧從增益介質(zhì)102產(chǎn)生的光束116的輸出波長(zhǎng)。如圖所示，增益介質(zhì)102和可調(diào)諧布拉格光柵104都被布置在半導(dǎo)體襯底111上。在一個(gè)實(shí)施例中，增益介質(zhì)102包括二極管，舉例來(lái)說(shuō)，例如是磷化銦二極管等。在一個(gè)實(shí)施例中，增益介質(zhì)102和可調(diào)諧布拉格光柵104的光耦合界定了半導(dǎo)體襯底111中的激光腔。同樣被包括在半導(dǎo)體襯底111中的光調(diào)制器106可以被光耦合到增益介質(zhì)102，以響應(yīng)于調(diào)制信號(hào)調(diào)制來(lái)自增益介質(zhì)102的光束116。
如圖所示，光調(diào)制器106包括穿過(guò)半導(dǎo)體襯底111的第一和第二光路108和110。在操作中，光束116的第一部分可以被導(dǎo)向穿過(guò)第一光路108，光束116的第二部分可以被導(dǎo)向穿過(guò)第二光路110。如下面將更詳細(xì)描述的，可以分別沿著光路108和110在半導(dǎo)體襯底111中布置第一和第二光學(xué)相位調(diào)整設(shè)備112和114，以響應(yīng)于相位調(diào)整信號(hào)調(diào)整光束116的第一和第二部分之間的相位差。在一個(gè)實(shí)施例中，穿過(guò)由相位調(diào)整設(shè)備112和/或114建立的多個(gè)荷電調(diào)制區(qū)域之后，光束116的第一和第二部分在半導(dǎo)體襯底111中被合并，使得光束116被調(diào)制。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖所示，光路108和110兩者都包括相位調(diào)整設(shè)備112和114。在另一個(gè)實(shí)施例中，光路108和110中只有一個(gè)包括相位調(diào)整設(shè)備112或114。
如在所描繪的實(shí)施例中所圖示的，光發(fā)射模塊100包括被布置在可調(diào)諧布拉格光柵104和光調(diào)制器106之間的增益介質(zhì)102。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，也可以使用其他適合的結(jié)構(gòu)。例如，如圖2所示，光發(fā)射模塊200包括在半導(dǎo)體襯底111中被布置在增益介質(zhì)102和調(diào)制器106之間的可調(diào)諧布拉格光柵104。
圖3是圖示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的可以被包括在光發(fā)射模塊100或200中的光調(diào)制器106的光路108或110中的一個(gè)的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的光調(diào)制器106的光路包括相位調(diào)整設(shè)備334，在一個(gè)實(shí)施例中，該相位調(diào)整設(shè)備334包括多個(gè)電荷調(diào)制區(qū)域360，該多個(gè)電荷調(diào)制區(qū)域360具有包括溝槽電容器335和溝槽電容器337的溝槽電容器陣列，如圖3所示。在一個(gè)實(shí)施例中，溝槽電容器335和337包括被布置在光調(diào)制器106的半導(dǎo)體襯底111中的多晶硅。如圖3所示，光調(diào)制器106的一個(gè)實(shí)施例包括布置在溝槽電容器335的多晶硅和半導(dǎo)體襯底111之間的絕緣區(qū)域353。類似地，絕緣區(qū)域355被布置在溝槽電容器337的多晶硅和半導(dǎo)體襯底111之間。
在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)制信號(hào)329和另一調(diào)制信號(hào)331被耦合，以分別由相位調(diào)整設(shè)備334的溝槽電容器335和337接收。在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)制信號(hào)329和另一調(diào)制信號(hào)331由相位調(diào)整設(shè)備334的集成電路管芯上的控制電路產(chǎn)生。在一個(gè)實(shí)施例中，產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)329和另一調(diào)制信號(hào)331的控制電路在半導(dǎo)體襯底111中被布置在被導(dǎo)向穿過(guò)半導(dǎo)體襯底111的光束116的光路外面。在另一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)制信號(hào)329和另一調(diào)制信號(hào)331由在光調(diào)制器106的集成電路管芯外部的控制電路產(chǎn)生。在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)制信號(hào)329和另一調(diào)制信號(hào)331被耦合，以通過(guò)導(dǎo)體319和321被溝槽電容器335接收，所述導(dǎo)體319和321被布置在光調(diào)制器106的光限制層305中。在一個(gè)實(shí)施例中，光限制層305是絕緣層，并包括光調(diào)制器106的電介質(zhì)層。
在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)制信號(hào)329和另一調(diào)制信號(hào)331是分別被耦合以由光調(diào)制設(shè)備334中的溝槽電容器335和337接收的多個(gè)信號(hào)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)制信號(hào)329和另一調(diào)制信號(hào)331是具有相反極性的同一信號(hào)。在另一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)制信號(hào)329和另一調(diào)制信號(hào)331是具有相同極性的同一信號(hào)。在又一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)制信號(hào)329和另一調(diào)制信號(hào)331是被耦合到陣列中的電容器的分別的信號(hào)，以控制或調(diào)制溝槽電容335和337的陣列上的多個(gè)電荷調(diào)制區(qū)域360中的自由電荷載流子的電荷分布。
在一個(gè)實(shí)施例中，光束116從可調(diào)諧激光器的增益介質(zhì)102和/或可調(diào)諧布拉格光柵104穿過(guò)半導(dǎo)體襯底111被導(dǎo)向到相位調(diào)整設(shè)備334的溝槽電容器335和337的陣列。如所提到的，在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底111包含硅，溝槽電容器335和337包含多晶硅，光束116包括紅外或近紅外激光。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，硅對(duì)紅外或近紅外光線是不完全透明的。例如，在相位調(diào)整設(shè)備334被用在電信中的一個(gè)實(shí)施例中，光束116具有近似1.55微米或1.3微米的紅外波長(zhǎng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，光調(diào)制器106包括與半導(dǎo)體襯底111貼近布置的光限制層357。從而，半導(dǎo)體襯底111被布置在光限制層357和光限制層305之間。在一個(gè)實(shí)施例中，光限制層357是絕緣層。具體地說(shuō)，來(lái)自光束116的光能或光線從半導(dǎo)體襯底111與光限制層357或光限制層305之間的界面被反射。在圖3所描述的實(shí)施例中，由于全內(nèi)反射，光束116被反射離開(kāi)半導(dǎo)體襯底111與光限制層357或光限制層305之間的界面。作為全內(nèi)反射的結(jié)果，使用光限制層357和光限制層305，光束116在一個(gè)實(shí)施例中被限制留在半導(dǎo)體襯底111中，直到光束離開(kāi)半導(dǎo)體襯底111。
在一個(gè)實(shí)施例中，響應(yīng)于調(diào)制信號(hào)，穿過(guò)溝槽電容器335和337周圍多個(gè)荷電調(diào)制區(qū)域360的光束116的相位被調(diào)制。在一個(gè)實(shí)施例中，由于等離子光學(xué)效應(yīng)，穿過(guò)在多個(gè)荷電調(diào)制區(qū)域360中的自由電荷載流子的光束116的相位被調(diào)制。由于沿著光束116的傳播路徑可能出現(xiàn)的自由電荷載流子和光電場(chǎng)矢量之間的相互作用，出現(xiàn)等離子光學(xué)效應(yīng)。光束116的電場(chǎng)導(dǎo)致自由電荷載流子的速率改變，這有效地?cái)_動(dòng)了介質(zhì)的局部介電常數(shù)。這接著又導(dǎo)致光波傳播速度的擾動(dòng)，由于折射率只是光線在真空中的速度和在介質(zhì)中的速度的比值，所以又因此導(dǎo)致了對(duì)光線的折射率的擾動(dòng)。自由電荷載流子被該電場(chǎng)加速，并且隨著光能的用盡，還導(dǎo)致對(duì)光場(chǎng)的吸收。通常，折射率擾動(dòng)是復(fù)數(shù)，其實(shí)部是引起速度變化的部分，虛部是與自由電荷載流子吸收有關(guān)的部分。相移φ的大小用真空中的光波長(zhǎng)λ和互作用長(zhǎng)度L表示如下φ＝(2π/λ)ΔnL (等式1)在硅中的等離子光學(xué)效應(yīng)的情況中，由于電子(ΔNe)和空穴(ΔNh)濃度變化造成的折射率變化Δn由下式給出Δn=-e2λ28π2c2ϵ0n0(ΔNeme*+ΔNhmh*)]]>(等式2)其中，n0x是硅的名義折射率，e是電子電荷，c是光速，ε0是自由空間的介電常數(shù)，me*和mh*分別是電子和空穴的有效質(zhì)量。
注意，光調(diào)制器106的相位調(diào)整設(shè)備334已經(jīng)在圖3中被圖示為具有兩個(gè)溝槽電容器335和337。但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在其他實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，只要選擇溝槽電容器的數(shù)量使得獲得所要求的相移，相位調(diào)整設(shè)備334可以包括更多或者更少數(shù)量的溝槽電容器。
注意，為了說(shuō)明的目的，電荷調(diào)制區(qū)域360已經(jīng)被圖示為包括負(fù)電荷。但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在其他實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，這些電荷的極性以及調(diào)制信號(hào)329和另一調(diào)制信號(hào)331的極性可以被反向。
圖4是圖示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，可以被耦合到光調(diào)制器106并被包括在光發(fā)射模塊100的半導(dǎo)體襯底111中的可調(diào)諧激光器400的實(shí)施例的框圖。可調(diào)諧激光器400包括被布置在半導(dǎo)體襯底111中的絕緣層407和403。
如所描繪的實(shí)施例中所圖示的，可調(diào)諧激光器400包括被布置在半導(dǎo)體襯底111中的增益介質(zhì)102和可調(diào)諧布拉格光柵104。增益介質(zhì)102和可調(diào)諧布拉格光柵104之間的光耦合界定了布置在半導(dǎo)體襯底111中的激光腔419。在一個(gè)實(shí)施例中，增益介質(zhì)102包括諸如磷化銦二極管等的二極管，該二極管包括劈開(kāi)的表面或刻面，所述劈開(kāi)的表面或刻面形成可調(diào)諧激光器400的反射器423。在一個(gè)實(shí)施例中，反射器423具有99％的反射率，并且增益介質(zhì)102的另一側(cè)具有抗反射(AR)涂層，該涂層具有非常低的反射率，舉例來(lái)說(shuō)，例如是10-4的反射率。
如下面將更詳細(xì)討論的，可調(diào)諧布拉格光柵104的一個(gè)實(shí)施例被形成為具有多層結(jié)構(gòu)，包括交替的多晶硅417和半導(dǎo)體襯底111的區(qū)域。加熱器415如所示出地被貼近交替的多晶硅和半導(dǎo)體襯底區(qū)域111布置，以局部地調(diào)整半導(dǎo)體襯底111和多晶硅區(qū)域417的溫度，以便調(diào)整可調(diào)諧布拉格光柵104的可調(diào)諧波長(zhǎng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，在半導(dǎo)體襯底111中，激光腔419被界定在絕緣層403和407之間以及增益介質(zhì)102的反射器423和可調(diào)諧布拉格光柵104之間。如下面將更詳細(xì)討論的，一個(gè)實(shí)施例的激光腔419被包括在增益介質(zhì)102和波導(dǎo)中，所述波導(dǎo)在半導(dǎo)體襯底111被形成在反射器423和可調(diào)諧布拉格光柵104之間。在一個(gè)實(shí)施例中，可調(diào)諧布拉格光柵104用作反射器，以選擇性地反射可調(diào)諧布拉格光柵104的可調(diào)諧波長(zhǎng)處的光線。
在操作中，首先利用增益介質(zhì)102將電轉(zhuǎn)換為光。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到的，可以通過(guò)例如在半導(dǎo)體(增益介質(zhì))中注入電流，以產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，使得通過(guò)電子-空穴輻射復(fù)合過(guò)程發(fā)光，這樣來(lái)產(chǎn)生這種光線。在圖4中，該光線被圖示為從激光腔419中的增益介質(zhì)102發(fā)出的光束425。在一個(gè)實(shí)施例中，可調(diào)諧布拉格光柵104反射光束425中具有等于布拉格波長(zhǎng)λB的可調(diào)諧中心波長(zhǎng)的部分。該具有等于λB的可調(diào)諧中心的被反射的部分在圖4中被圖示為光束427。被包括在光束425中的沒(méi)有被可調(diào)諧布拉格光柵104反射的其余部分或者波長(zhǎng)在圖4中被圖示為穿過(guò)可調(diào)諧布拉格光柵104繼續(xù)的光束431。光束425和427繼續(xù)在反射器423和可調(diào)諧布拉格光柵104之間來(lái)回反射，使得在激光腔419中發(fā)生激光作用或者光受激發(fā)射的放大。
在一個(gè)實(shí)施例中，由于可調(diào)諧布拉格光柵104的反射光譜帶寬窄，例如小于1納米，所以激光腔419中的激光作用或者光的受激發(fā)射僅在一個(gè)窄的頻率范圍內(nèi)被獲得。在一個(gè)實(shí)施例中，反射器423僅是部分反射的，使得光束116能夠穿過(guò)可調(diào)諧激光腔400的反射器423被輸出。換句話說(shuō)，由于可調(diào)諧布拉格光柵104被調(diào)諧以反射具有波長(zhǎng)λB的光線，所以光束116被調(diào)諧到波長(zhǎng)λB。在一個(gè)實(shí)施例中，可調(diào)諧布拉格光柵104的可調(diào)諧中心波長(zhǎng)可以被調(diào)諧或者調(diào)整，以調(diào)諧或者調(diào)整光束116的輸出波長(zhǎng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，具有輸出波長(zhǎng)λB的光束116被從增益介質(zhì)102輸出，并被導(dǎo)向到光調(diào)制器106，例如如圖1所示。在另一個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可調(diào)諧布拉格光柵104可以對(duì)λB只部分地反射，使得由于在激光腔419中具有波長(zhǎng)λB的光的激光作用或者受激發(fā)射而具有輸出波長(zhǎng)λB的光束116被從可調(diào)諧布拉格光柵104的與增益介質(zhì)102相反的一端輸出。示出了可調(diào)諧激光器400的這種安排的實(shí)施例可以被舉例示出在圖2中。在該實(shí)施例中，增益介質(zhì)102的與可調(diào)諧布拉格光柵相反的一側(cè)被涂有高反射涂層，增益介質(zhì)102的面對(duì)可調(diào)諧布拉格光柵104的一側(cè)具有低反射率的AR涂層，例如10-4的反射率。
圖5是圖示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，布置在半導(dǎo)體襯底111中的基于半導(dǎo)體的可調(diào)諧布拉格光柵104的一個(gè)實(shí)施例的更詳細(xì)的細(xì)節(jié)的橫截面的框圖。如圖所示，多個(gè)交替的多晶硅417區(qū)域被布置在硅半導(dǎo)體襯底111中，使得沿著通過(guò)半導(dǎo)體襯底111的光路517提供有有效折射率neff的周期性或者準(zhǔn)周期性的擾動(dòng)。包含光路517的波導(dǎo)525被提供在半導(dǎo)體襯底111中。
在使用分別具有有效折射率nsi和npoly的硅和多晶硅的一個(gè)實(shí)施例中，在半導(dǎo)體襯底111和多晶硅417之間的每個(gè)界面處提供了較小的有效折射率差值neff(或者npoly-nsi)。在一個(gè)實(shí)施例中，neff近似在0.005到0.03的范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，可以對(duì)neff使用其他的數(shù)值范圍，0.005到0.03在這里被提供用于說(shuō)明的目的。在另一個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可以使用其他適合的材料代替硅和多晶硅，只要在沿著光路517的每個(gè)界面處提供有有效折射率差值。
在一個(gè)實(shí)施例中，波導(dǎo)525是脊形波導(dǎo)。為了圖示說(shuō)明，圖6是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的可調(diào)諧布拉格光柵的脊形波導(dǎo)625的一個(gè)實(shí)施例的立體示。在圖6中，脊形波導(dǎo)625被布置在半導(dǎo)體襯底111中，并包括多晶硅417的區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底111具有與多晶硅417不同的折射率，使得沿穿過(guò)脊形波導(dǎo)625的光路提供有周期性或準(zhǔn)周期性的有效折射率的擾動(dòng)。
如圖所示，脊形波導(dǎo)625包括脊形區(qū)域627和平板區(qū)域629。在圖6所圖示的實(shí)施例中，單模光束619的強(qiáng)度分布被示出為通過(guò)脊形波導(dǎo)625傳播。如圖所示，光束619的強(qiáng)度分布是這樣的光束619的多數(shù)通過(guò)脊形區(qū)域627的部分向脊形波導(dǎo)625的內(nèi)部傳播。另外，光束619的一部分通過(guò)平板區(qū)域629朝向脊形波導(dǎo)625的內(nèi)部傳播。如同樣用光束619的強(qiáng)度分布所示出的，束619的傳播光學(xué)模式的強(qiáng)度在脊形區(qū)域627的“上拐角”以及平板區(qū)域629的“側(cè)面”小到趨于零。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，雖然脊形波導(dǎo)525和625是結(jié)合可調(diào)諧布拉格光柵104被圖示和描述的，但是脊形波導(dǎo)可以使用在整個(gè)光調(diào)制器100中，例如在光調(diào)制器106的光路108和110中，或者光發(fā)射模塊100的部件之間的其他光耦合或波導(dǎo)。
返回參考圖5的圖示，光束519沿著光路517被導(dǎo)向到波導(dǎo)525的一端中。在一個(gè)實(shí)施例中，光束519包括紅外或進(jìn)紅外光，并被由絕緣層403和407所提供的覆層限制為沿著波導(dǎo)525的兩端之間的光路517保留在波導(dǎo)525中。在一個(gè)實(shí)施例中，由于絕緣層403和407的氧化物材料具有比半導(dǎo)體襯底111和多晶硅417的半導(dǎo)體材料低的折射率，所以光束519因全內(nèi)反射而受限制。
在一個(gè)實(shí)施例中，光束519包括多個(gè)信道，這些信道具有包括例如λ1、λ2和λ3的波長(zhǎng)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，雖然光束519在所示的例子中已經(jīng)被示為包括三個(gè)波長(zhǎng)λ1、λ2和λ3，但是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，可以在光束519中包括其他數(shù)量的波長(zhǎng)。
如上所述，穿過(guò)波導(dǎo)525沿著光路517存在有效折射率的周期性或準(zhǔn)周期性的擾動(dòng)。由于上述有效折射率差值neff，沿著光路517在半導(dǎo)體襯底111和多晶硅417之間的界面處發(fā)生光束519的多次反射。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)滿足布拉格條件或者相位匹配條件時(shí)，發(fā)生布拉格反射。具體地說(shuō)，對(duì)于均勻布拉格光柵，當(dāng)滿足如下條件時(shí)發(fā)生布拉格反射mλB＝2neffΛ(等式3)其中，m是衍射級(jí)次，λB是布拉格波長(zhǎng)，neff是波導(dǎo)的有效折射率，Λ是光柵周期。
為了圖示，圖5示出了對(duì)于λB等于λ2存在的布拉格條件。相應(yīng)地，包括波長(zhǎng)λ2的光束116被示出為被反射回來(lái)，從光束519被導(dǎo)向進(jìn)入的一端從波導(dǎo)525中出來(lái)。此外，光束519的其余部分繼續(xù)沿光路517傳播穿過(guò)波導(dǎo)525，使得其余的波長(zhǎng)(例如，λ1和λ3)被包括在光束523中，該光束523從波導(dǎo)525的相反一端被傳播。在一個(gè)實(shí)施例中，光束519可以是在其上編碼數(shù)據(jù)的光通信束等。在一個(gè)實(shí)施例中，可以利用光束519使用WDM或DWDM等，使得可以用被包括在光束519中的各種波長(zhǎng)(例如，λ1、λ2和λ3等)編碼不同的信道。
在一個(gè)實(shí)施例中，被可調(diào)諧布拉格光柵104反射的布拉格波長(zhǎng)λB可利用貼近波導(dǎo)525所布置的加熱器415而調(diào)諧或者調(diào)整。在一個(gè)實(shí)施例中，加熱器415包括薄膜加熱器或類似物，或者未來(lái)出現(xiàn)的其他技術(shù)，其在沿光路517的波導(dǎo)525中控制半導(dǎo)體襯底111和多晶硅417的溫度。舉例來(lái)說(shuō)，硅和多晶硅的折射率隨溫度變化較大，約2×10-4/°K量級(jí)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，例如硅和/或多晶硅的半導(dǎo)體材料的折射率隨溫度的變化，其數(shù)量級(jí)大于例如二氧化硅等的其它材料。從而，通過(guò)控制半導(dǎo)體襯底111和多晶硅417的溫度，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了被可調(diào)諧布拉格光柵104反射的光的中心波長(zhǎng)的相對(duì)顯著的偏移。
圖7是圖示了按照本發(fā)明的教導(dǎo)的可調(diào)諧布拉格光柵701的另一個(gè)實(shí)施例的橫截面的框圖。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，可調(diào)諧布拉格光柵701也可以代替圖1、圖2或圖4的可調(diào)諧布拉格光柵104而被使用。如所描繪的實(shí)施例所示的，可調(diào)諧布拉格光柵701包括具有光路717的半導(dǎo)體襯底111，光束719被導(dǎo)向通過(guò)該光路717。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底111被包括在SOI晶片715中，使得半導(dǎo)體襯底111被布置在填埋絕緣層707和絕緣層709之間。此外，填埋絕緣層707被布置在半導(dǎo)體襯底層111和半導(dǎo)體襯底層713之間。在一個(gè)實(shí)施例中，光波導(dǎo)725具有半導(dǎo)體襯底111，該半導(dǎo)體襯底111具有絕緣層707和709，它們用作覆層以將光束719限制為在兩端之間保留在波導(dǎo)725中。
在圖7所描繪的實(shí)施例中，可調(diào)諧布拉格光柵701具有溝槽形的硅結(jié)構(gòu)。具體地說(shuō)，類似于例如金屬一氧化物一半導(dǎo)體(MOS)結(jié)構(gòu)的多個(gè)導(dǎo)體-絕緣體-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)715沿著光路717被布置在半導(dǎo)體襯底111中。各個(gè)結(jié)構(gòu)715被耦合以通過(guò)導(dǎo)體737接收調(diào)制信號(hào)VG739，該導(dǎo)體737穿過(guò)絕緣層709被耦合到各個(gè)結(jié)構(gòu)715上。如圖7所示，波導(dǎo)725中的每個(gè)結(jié)構(gòu)的高度是h。在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)715的高度h被選擇為使得波導(dǎo)725中的光束717沿光路717的傳播損耗是可接受的。
在圖7所描繪的實(shí)施例中，在半導(dǎo)體襯底111中，沿著通過(guò)波導(dǎo)725的光路717提供有有效折射率neff的周期性或準(zhǔn)周期性擾動(dòng)。具體地說(shuō)，有效折射率neff等于沿光路717的波導(dǎo)725的幾何結(jié)構(gòu)以及被包括在光束719中的波長(zhǎng)λ和具體介質(zhì)的折射率(例如，nsi)的函數(shù)，或者與該函數(shù)相關(guān)。
相應(yīng)地，假設(shè)半導(dǎo)體襯底111包括硅，則有效折射率neff是不包括結(jié)構(gòu)715的波導(dǎo)725的高度H、nsi和λ的函數(shù)。在包括結(jié)構(gòu)715的波導(dǎo)725的區(qū)域705中，有效折射率n′eff是包括結(jié)構(gòu)715的波導(dǎo)725的高度(H-h)、nsi和λ的函數(shù)。因而，有效折射率的差值是
neff＝neff-n′eff(等式4)在所描繪的實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)715響應(yīng)于通過(guò)導(dǎo)體737的信號(hào)VG739而被施加偏壓，使得半導(dǎo)體襯底層111中的電荷調(diào)制區(qū)域73 1中的自由電荷載流子貼近結(jié)構(gòu)715集中。例如，假設(shè)利用通過(guò)導(dǎo)體737的調(diào)制信號(hào)VG739施加正電壓，半導(dǎo)體襯底111中的電子被掠進(jìn)電荷調(diào)制區(qū)域731。例如當(dāng)對(duì)導(dǎo)體737施加較小的正電壓時(shí)，被掠進(jìn)電荷調(diào)制區(qū)域731的自由電荷載流子的濃度降低。
注意，為了說(shuō)明的目的，電荷調(diào)制區(qū)域731已經(jīng)被圖示為包括負(fù)電荷。但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在另一實(shí)施例中這些電荷的極性以及調(diào)制信號(hào)VG739的電壓可以被反向。
在一個(gè)實(shí)施例中，如前所述，由于等離子光學(xué)效應(yīng)，電荷調(diào)制區(qū)域731中的有效折射率neff響應(yīng)于調(diào)制信號(hào)VG739而被調(diào)制。
注意，可調(diào)諧布拉格光柵701在圖7中被示為具有五個(gè)結(jié)構(gòu)715。但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在其他實(shí)施例中，可調(diào)諧布拉格光柵701可以包括更多或者更少數(shù)量的結(jié)構(gòu)715。
在操作中，光束719沿著光路717被導(dǎo)向進(jìn)入波導(dǎo)725的一端。在一個(gè)實(shí)施例中，光束719包括紅外或近紅外光，并用絕緣層707和709被限制為沿著波導(dǎo)725兩端之間的光路717保留在波導(dǎo)725中。在一個(gè)實(shí)施例中，由于絕緣層707和709的氧化物材料具有比半導(dǎo)體襯底111的半導(dǎo)體材料更小的折射率，所以光束719因全內(nèi)反射而受限制。
在一個(gè)實(shí)施例中，光束719包括與包含例如λ1、λ2和λ3的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的多個(gè)信道。由于上面所描述的在沿光路717的有效折射率的周期性或準(zhǔn)周期性擾動(dòng)中的有效折射率差值neff，當(dāng)滿足上述等式3中的布拉格條件或者相位匹配條件時(shí)，發(fā)生光束719的多次反射。
為了圖示，圖7示出了對(duì)于λB等于λ2存在的布拉格條件。相應(yīng)地，具有中心波長(zhǎng)λ2的光束721被示出為被反射回來(lái)，從光束719被導(dǎo)向進(jìn)入的一端從波導(dǎo)725中出來(lái)。此外，光束719的其余部分繼續(xù)沿光路717傳播穿過(guò)波導(dǎo)725，使得光束723中包括其余的波長(zhǎng)(例如，λ1和λ3)，該光束723從波導(dǎo)525的相反一端被傳播。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)利用調(diào)制信號(hào)VG739適當(dāng)?shù)卣{(diào)制電荷調(diào)制區(qū)域731中的電荷，以調(diào)整布拉格波長(zhǎng)λB的條件，可以調(diào)諧或者調(diào)整被可調(diào)諧布拉格光柵701反射或者過(guò)濾的中心波長(zhǎng)。實(shí)際上，如上面所討論的，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，沿光路717的有效折射率中的差值Δneff響應(yīng)于調(diào)制信號(hào)VG739而被調(diào)制，以調(diào)諧被可調(diào)諧布拉格光柵701反射的布拉格波長(zhǎng)λB。
圖8圖示了一個(gè)實(shí)施例，其中，多個(gè)光發(fā)射模塊200被布置在單個(gè)半導(dǎo)體襯底111中，以形成可以產(chǎn)生、調(diào)諧以及調(diào)制多個(gè)光束的光發(fā)射模塊800。圖8示出了第一可調(diào)諧激光器400A，其中，可調(diào)諧激光器400A是光耦合到多個(gè)光調(diào)制器106A、106B、106C和106D的相應(yīng)一個(gè)上的多個(gè)可調(diào)諧激光器400A、400B、400C和400D中的一個(gè)。因此，在實(shí)施例中，每個(gè)光調(diào)制器106A、106B、106C和106D被光耦合，以接收和調(diào)制來(lái)自各自的可調(diào)諧激光器400A、400B、400C和400D的光束。注意，在圖8所描繪的實(shí)施例中，各個(gè)布拉格光柵被布置在增益介質(zhì)102和調(diào)制器106之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，增益介質(zhì)可以被布置在布拉格光柵和調(diào)制器之間。
在一個(gè)實(shí)施例中，多路復(fù)用器801可以光耦合到各個(gè)光調(diào)制器106A、106B、106C和106D的輸出，以將接收到的多個(gè)光束多路復(fù)用到WDM光束807中。在實(shí)施例中，如圖8所示，分別用于可調(diào)諧激光器400和調(diào)制器106的可調(diào)諧激光器控制電路802和調(diào)制器控制電路804被示為位于與半導(dǎo)體襯底111分立的襯底上，用于產(chǎn)生各自的控制調(diào)制信號(hào)。在另一個(gè)實(shí)施例中，可調(diào)諧激光器控制電路802和調(diào)制器控制電路804可以被包括在與多個(gè)光發(fā)射模塊200同一個(gè)半導(dǎo)體襯底111上。
圖9圖示了一個(gè)實(shí)施例，其中，光發(fā)射模塊900還包括分光器902，其被光耦合以將從單個(gè)增益介質(zhì)102產(chǎn)生的光束116分成多個(gè)光束。在一個(gè)實(shí)施例中，1×N分光器902是多模干涉(MMI)分光器或類似物。如圖所示，可調(diào)諧布拉格光柵104A、104B、104C和104D可以被光耦合到分光器902，以接收和調(diào)諧多個(gè)光束中的相應(yīng)一個(gè)的輸出波長(zhǎng)。在實(shí)施例中，在正常操作期間，可調(diào)諧布拉格光柵104A、104B、104C和104D各自被調(diào)諧到不同的輸出波長(zhǎng)。光調(diào)制器106A、106B、106C和106D可以各自被光耦合到相應(yīng)的可調(diào)諧布拉格光柵104A、104B、104C和104D，以調(diào)制多個(gè)光束中的相應(yīng)的一個(gè)。一旦多個(gè)光束中的每個(gè)穿過(guò)調(diào)制器106A、106B、106C和/或106D，則每個(gè)光束可以進(jìn)入分別的光學(xué)纖維901A、901B、901C和/或901D。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的包括光發(fā)射模塊的光通信系統(tǒng)1000的實(shí)施例的圖示。光通信系統(tǒng)1000包括光發(fā)射模塊1001，該光發(fā)射模塊1001可以將在半導(dǎo)體襯底111中所產(chǎn)生的多個(gè)光束1002導(dǎo)向到多路復(fù)用器1003。多路復(fù)用器1003可以將多個(gè)光束1002多路復(fù)用到WDM光束1007中。然后，WDM光束1007可以沿著光網(wǎng)絡(luò)中的光學(xué)纖維1005被導(dǎo)向，并可以被放大器1004放大。在一個(gè)實(shí)施例中，放大器1004包括摻鉺光纖放大器(EDFA)等。在一個(gè)實(shí)施例中，也可以沿著光學(xué)纖維1005設(shè)置光插/分器或開(kāi)關(guān)1006，以插入或分出光信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，WDM光束1007被多路分解器1008接收，以將WDM光束1007多路分解還原成多個(gè)光束1002?？梢怨怦詈隙鄠€(gè)光接收器1010，以接收多個(gè)光束中的相應(yīng)的一個(gè)。
在前面的詳細(xì)說(shuō)明中，已經(jīng)參考其具體的示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明的方法和裝置。但是，顯然，可以對(duì)其作出各種修改和變化而不脫離本發(fā)明的更寬廣的精神和范圍。本說(shuō)明書(shū)和附圖因此被認(rèn)為是示例性的，而不是限定性的。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括被布置在半導(dǎo)體襯底中的增益介質(zhì)；被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的可調(diào)諧布拉格光柵，所述可調(diào)諧布拉格光柵光耦合到所述增益介質(zhì)，以便調(diào)諧從所述增益介質(zhì)產(chǎn)生的光束的輸出波長(zhǎng)；和被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的光調(diào)制器，所述光調(diào)制器被光耦合以接收所述光束，所述光調(diào)制器響應(yīng)于調(diào)制信號(hào)，調(diào)制從所述增益介質(zhì)產(chǎn)生的所述光束。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述光調(diào)制器包括通過(guò)所述半導(dǎo)體襯底的第一光路，所述光束的第一部分被導(dǎo)向通過(guò)所述第一光路；通過(guò)所述半導(dǎo)體襯底的第二光路，所述光束的第二部分被導(dǎo)向通過(guò)所述第二光路；分別在所述第一和第二光路中被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的第一和第二光學(xué)相位調(diào)整設(shè)備，所述第一和第二光學(xué)相位調(diào)整設(shè)備響應(yīng)于相位調(diào)整信號(hào)，選擇性地調(diào)整所述光束的所述第一和第二部分之間的相位差；光學(xué)限制區(qū)域，所述光學(xué)限制區(qū)域在所述第一和第二光路之間被布置在所述半導(dǎo)體襯底中，以便將所述第一光路與所述第二光路光學(xué)隔離開(kāi)，直到所述第一和第二光路在所述半導(dǎo)體襯底中被合并。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述第一和第二相位調(diào)整設(shè)備每個(gè)包括分別沿所述第一和第二光路被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的多個(gè)電荷調(diào)制區(qū)域。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述第一和第二相位調(diào)整設(shè)備每個(gè)包括分別沿所述第一和第二光路被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的溝槽電容器的陣列。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述增益介質(zhì)包括被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的二極管。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述增益介質(zhì)包括被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的磷化銦二極管。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述增益介質(zhì)和所述可調(diào)諧布拉格光柵一起形成被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的可調(diào)諧激光器，其中，所述增益介質(zhì)和所述可調(diào)諧布拉格光柵之間的光耦合界定了被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的激光腔。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述可調(diào)諧布拉格光柵包括所述半導(dǎo)體襯底的折射率的多個(gè)擾動(dòng)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述半導(dǎo)體襯底的所述折射率的所述多個(gè)擾動(dòng)是利用被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的所述可調(diào)諧布拉格光柵中的硅和多晶硅的周期性區(qū)域提供的。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述半導(dǎo)體襯底的所述折射率的所述多個(gè)擾動(dòng)是利用所述半導(dǎo)體襯底的所述可調(diào)諧布拉格光柵中的幾何結(jié)構(gòu)的周期性變化提供的。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述可調(diào)諧布拉格光柵還包括貼近所述可調(diào)諧布拉格光柵的所述半導(dǎo)體襯底布置的加熱器，所述半導(dǎo)體襯底的所述折射率對(duì)所述半導(dǎo)體襯底的所述可調(diào)諧布拉格光柵中的溫度有響應(yīng)。
12.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述可調(diào)諧布拉格光柵還包括被布置在所述可調(diào)諧布拉格光柵的所述半導(dǎo)體襯底中的電極，用于調(diào)制所述半導(dǎo)體襯底中的電荷濃度，所述半導(dǎo)體襯底的所述折射率對(duì)所述半導(dǎo)體襯底中的所述可調(diào)諧布拉格光柵中的所述電荷濃度有響應(yīng)。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的多路復(fù)用器，所述多路復(fù)用器光耦合到所述光調(diào)制器的輸出，以便將多個(gè)另外的光束與從所述增益介質(zhì)產(chǎn)生的所述光束多路復(fù)用。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的分光器，所述分光器被光耦合，以接收所述光束，所述分光器將所述光束分成多個(gè)光束。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述可調(diào)諧布拉格光柵是被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的多個(gè)布拉格光柵中的第一可調(diào)諧布拉格光柵，所述多個(gè)布拉格光柵中的每一個(gè)被光耦合到所述分光器，以接收所述多個(gè)光束中的相應(yīng)的一個(gè)，所述多個(gè)布拉格光柵中的每個(gè)調(diào)諧所述多個(gè)光束中的所述相應(yīng)的一個(gè)的相應(yīng)的輸出波長(zhǎng)。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述光調(diào)制器是被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的多個(gè)光調(diào)制器中的第一光調(diào)制器，所述光調(diào)制器中的每個(gè)被光耦合到所述多個(gè)可調(diào)諧布拉格光柵中的相應(yīng)的一個(gè)，以調(diào)制所述多個(gè)光束中的所述相應(yīng)的一個(gè)。
17.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述增益介質(zhì)在所述可調(diào)諧布拉格光柵和所述光調(diào)制器之間被布置在所述半導(dǎo)體襯底中。
18.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述可調(diào)諧布拉格光柵在所述增益介質(zhì)和所述光調(diào)制器之間被布置在所述半導(dǎo)體襯底中。
19.一種方法，包括利用被布置在半導(dǎo)體襯底中的增益介質(zhì)產(chǎn)生光束；利用被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的被光耦合到所述增益介質(zhì)的可調(diào)諧布拉格光柵，調(diào)諧所述光束的輸出波長(zhǎng)；以及利用被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的光調(diào)制器，響應(yīng)于調(diào)制信號(hào)，調(diào)制所述光束。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述可調(diào)諧布拉格光柵是被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的多個(gè)布拉格光柵中的第一個(gè)，其中，所述光調(diào)制器是被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的多個(gè)光調(diào)制器中的第一個(gè)，所述方法還包括利用被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的分光器，將所述增益介質(zhì)所產(chǎn)生的所述光束分成多個(gè)光束；利用被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的多個(gè)可調(diào)諧布拉格光柵中的相應(yīng)的一個(gè)，調(diào)諧所述多個(gè)光束中的每一個(gè)，其中所述多個(gè)可調(diào)諧布拉格光柵被光耦合以接收所述多個(gè)光束中的相應(yīng)的一個(gè)；以及利用被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的多個(gè)光調(diào)制器中的相應(yīng)的一個(gè)，響應(yīng)于調(diào)制信號(hào)，調(diào)制所述多個(gè)光束中的每一個(gè)。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，利用被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的所述光調(diào)制器調(diào)制所述光束的步驟包括將所述光束的第一部分導(dǎo)向穿過(guò)所述半導(dǎo)體襯底中的所述光調(diào)制器的第一路徑；將所述光束的第二部分導(dǎo)向穿過(guò)所述半導(dǎo)體襯底中的所述光調(diào)制器的第二路徑；利用被布置在所述光調(diào)制器的所述第一和第二光路中的第一和第二相位調(diào)整設(shè)備，響應(yīng)于所述調(diào)制信號(hào)，選擇性地調(diào)整所述光束的所述第一和第二部分之間的相位差；光學(xué)隔離所述第一和第二光路；以及合并所述第一和第二光路，以組合所述光束的所述第一和第二部分。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述光束是在所述半導(dǎo)體襯底中被產(chǎn)生、調(diào)諧和調(diào)制的多個(gè)光束中的一個(gè)，所述方法還包括利用被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的多路復(fù)用器，將所述多個(gè)光束多路復(fù)用為單個(gè)波分復(fù)用光束。
23.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，利用被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的所述可調(diào)諧布拉格光柵調(diào)諧所述光束的所述輸出波長(zhǎng)的步驟包括調(diào)整包含所述可調(diào)諧布拉格光柵的所述半導(dǎo)體襯底的溫度。
24.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，利用被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的所述可調(diào)諧布拉格光柵調(diào)諧所述光束的所述輸出波長(zhǎng)的步驟包括調(diào)整包含所述可調(diào)諧布拉格光柵的所述半導(dǎo)體襯底中的電荷濃度。
25.一種光通信系統(tǒng)，包括被布置在半導(dǎo)體襯底中的光發(fā)射模塊，所述光發(fā)射模塊包括被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的增益介質(zhì)；被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的可調(diào)諧布拉格光柵，所述可調(diào)諧布拉格光柵光耦合到所述增益介質(zhì)，以便調(diào)諧從所述增益介質(zhì)產(chǎn)生的光束的輸出波長(zhǎng)；和被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的光調(diào)制器，所述光調(diào)制器被光耦合以接收所述光束，所述光調(diào)制器響應(yīng)于信號(hào)，調(diào)制從所述增益介質(zhì)產(chǎn)生的所述光束；被光耦合以接收在所述半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生的所述多個(gè)光束的多路復(fù)用器，其中，從所述增益介質(zhì)產(chǎn)生的所述光束是在所述半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生的所述多個(gè)光束中的一個(gè)，所述多路復(fù)用器將所述多個(gè)光束多路復(fù)用為單個(gè)波分復(fù)用光束；被光耦合以通過(guò)光學(xué)纖維接收所述波分復(fù)用光束的多路分解器，所述多路分解器將所述波分復(fù)用光束多路分解回所述多個(gè)光束；和多個(gè)光接收器，所述光接收器中的每個(gè)被光耦合以接收所述多個(gè)光束中的相應(yīng)的一個(gè)。
26.如權(quán)利要求25所述的光通信系統(tǒng)，其中，所述增益介質(zhì)是被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的多個(gè)增益介質(zhì)中的一個(gè)，所述多個(gè)增益介質(zhì)中的每一個(gè)產(chǎn)生在所述半導(dǎo)體襯底中所產(chǎn)生的所述多個(gè)光束中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)，所述可調(diào)諧布拉格光柵是被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的多個(gè)可調(diào)諧布拉格光柵中的一個(gè)，所述多個(gè)可調(diào)諧布拉格光柵中的每一個(gè)被光耦合到所述多個(gè)增益介質(zhì)中的相應(yīng)的一個(gè)，以便調(diào)諧所述多個(gè)光束中的相應(yīng)的一個(gè)的相應(yīng)的輸出波長(zhǎng)，所述光調(diào)制器是被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的多個(gè)光調(diào)制器中的一個(gè)，所述多個(gè)光調(diào)制器中的每一個(gè)被光耦合到所述多個(gè)光束中的相應(yīng)的一個(gè)，以便響應(yīng)于相應(yīng)的調(diào)制信號(hào)，調(diào)制所述多個(gè)光束中的所述相應(yīng)的一個(gè)。
27.如權(quán)利要求25所述的光通信系統(tǒng)，其中，所述光發(fā)射模塊還包括分光器，所述分光器被光耦合以將從所述增益介質(zhì)產(chǎn)生的所述光束分成在所述半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生的所述多個(gè)光束，所述可調(diào)諧布拉格光柵是被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的多個(gè)可調(diào)諧布拉格光柵中的一個(gè)，所述多個(gè)可調(diào)諧布拉格光柵中的每一個(gè)被光耦合到來(lái)自所述分光器的所述多個(gè)光束中的相應(yīng)的一個(gè)，以便調(diào)諧所述多個(gè)光束中的所述相應(yīng)的一個(gè)的相應(yīng)的輸出波長(zhǎng)，所述光調(diào)制器是被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的多個(gè)光調(diào)制器中的一個(gè)，所述多個(gè)光調(diào)制器中的每一個(gè)被光耦合到所述多個(gè)光束中的相應(yīng)的一個(gè)，以便響應(yīng)于相應(yīng)的調(diào)制信號(hào)，調(diào)制所述多個(gè)光束中的所述相應(yīng)的一個(gè)。
28.如權(quán)利要求25所述的光通信系統(tǒng)，其中，所述多路復(fù)用器被包括在所述半導(dǎo)體襯底中的所述光發(fā)射模塊中。
29.如權(quán)利要求25所述的光通信系統(tǒng)，其中，在所述光發(fā)射模塊的所述半導(dǎo)體襯底中的所述光調(diào)制器包括通過(guò)所述半導(dǎo)體襯底的第一光路，所述光束的第一部分被導(dǎo)向通過(guò)所述第一光路；通過(guò)所述半導(dǎo)體襯底的第二光路，所述光束的第二部分被導(dǎo)向通過(guò)所述第二光路；分別在所述第一和第二光路中被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的第一和第二光學(xué)相位調(diào)整設(shè)備，所述第一和第二光學(xué)相位調(diào)整設(shè)備響應(yīng)于相位調(diào)整信號(hào)，選擇性地調(diào)整所述光束的所述第一和第二部分之間的相位差；光學(xué)限制區(qū)域，所述光學(xué)限制區(qū)域在所述第一和第二光路之間被布置在所述半導(dǎo)體襯底中，以便將所述第一光路與所述第二光路光學(xué)隔離開(kāi)，直到所述第一和第二光路在所述半導(dǎo)體襯底中被合并。
30.如權(quán)利要求25所述的光通信系統(tǒng)，其中，所述光發(fā)射模塊的所述半導(dǎo)體襯底中的所述可調(diào)諧布拉格光柵包括所述半導(dǎo)體襯底的折射率的多個(gè)擾動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光發(fā)射模塊。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，利用被布置在半導(dǎo)體襯底中的增益介質(zhì)產(chǎn)生光束。同時(shí)被布置在所述半導(dǎo)體襯底中的可調(diào)諧布拉格光柵可以被光耦合到所述增益介質(zhì)，以調(diào)制所述光束的輸出波長(zhǎng)。所述半導(dǎo)體襯底還包括被光耦合以接收所述光束的光調(diào)制器。所述光調(diào)制器被耦合，以響應(yīng)于調(diào)制信號(hào)調(diào)制所述光束。
文檔編號(hào)H01S5/125GK1639614SQ03804535
公開(kāi)日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2003年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月25日
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