用于對光發射模塊進行集成的方法和裝置的制作方法

專利名稱：用于對光發射模塊進行集成的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及通信，更具體地，本發明涉及光通信。
背景技術：
隨著互聯網數據業務的增長率正在超過電話業務，推動了對于光纖光通信的需要，對于快速和有效的基于光學的技術的需要不斷增加。在密集波分復用(DWDM)系統和千兆(GB)以太網系統中的同一光纖上的多路光學信道的傳送提供了一種簡單的方法來使用由光纖光學系統提供的史無前例的容量(信號帶寬)。在該系統中通常使用的光學部件包括波分復用(WDM)發射器和接收器、諸如衍射光柵、薄膜光柵、光纖布拉格(Bragg)光柵、陣列波導光柵之類的光學濾波器、光學插/分多路復用器和激光器。
激光器是公知的設備，它通過受激發射而發射光線，產生頻譜范圍從紅外到紫外的相干光束，并可以在大量應用中使用。例如，在光通信或者連網應用中，半導體激光器可以被用于產生光線或者光束，在其上可以編碼并傳送數據或者其他信息。
在光通信或者連網應用中所使用的另外的設備是基于光纖的布拉格光柵。光纖布拉格光柵是一種光學纖維，其纖芯材料的折射率沿著光纖長度周期性地變化，這可以通過將光敏纖芯曝光給強光學干涉圖案而形成。利用沿光纖長度的折射率的變化，特定波長的光束被光纖布拉格光柵反射，而其他波長被允許傳播通過光纖。
光纖布拉格光柵的一個局限是被光纖布拉格光柵反射的特定波長基本上是固定的。所以，如果要反射不同波長的光線，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，通過物理或者機械地拉伸光纖布拉格光柵的光學纖維以改變光學纖維的長度，可以提供對被反射波長的微小的調整。這種技術的缺點是對被反射的波長的調整量相對小，并且光學纖維可能由于拉伸的物理應力和應變而遭受破壞。
在光通信中所使用的另外的設備包括光學發射器，它們是寬帶DWDM連網系統中和千兆(GB)以太網系統中的關鍵設備。目前，多數光學發射器基于與外部調制器相結合的若干固定波長激光器，或者在一些情況中，基于直接調制激光器。從激光器所產生的光纖被調制之后，其利用外部多路復用器被多路復用，然后被發送到光學纖維網絡，在那里光線可以被放大或者通過光開關被定向，或者兩者都發生。由于激光器通常產生固定的波長，所以對每個通信信道使用分別的激光器和調制器。但是，制造激光器和相關聯的部件的成本非常高，對要被發射的每種波長的光線使用分別的部件會是昂貴并且低效的。


在附圖中，以示例的方式而非限定的方式圖示了本發明。
圖1是圖示了根據本發明的教導的集成的光發射模塊的一個實施例的示圖。
圖2是圖示了根據本發明的教導的集成的光發射模塊的另一個實施例的示圖。
圖3是圖示了根據本發明的教導可以被包括在光發射模塊中的光調制器的一個實施例的側視圖。
圖4是圖示了根據本發明的教導同樣可以被包括在光發射模塊中的可調諧激光器的一個實施例的框圖。
圖5是圖示了根據本發明的教導被布置在半導體襯底中的可調諧布拉格光柵的一個實施例的橫截面的框圖，該實施例包括加熱器，該加熱器用在可以被包括在光發射模塊中的可調諧激光器中。
圖6是圖示了根據本發明的教導被布置在半導體襯底中的可調諧布拉格光柵的一個實施例的立體圖，該實施例包括被布置在半導體襯底中的脊形波導。
圖7是圖示了根據本發明的教導被布置在包括電荷調制區域的半導體襯底中的可調諧布拉格光柵的另一個實施例的框圖。
圖8圖示了根據本發明的教導的集成的光發射模塊的另一個實施例。
圖9圖示了根據本發明的教導的集成的光發射模塊的又一個實施例。
圖10是根據本發明的教導的光通信系統的實施例的框圖，該系統包括集成的光發射模塊作為WDM網絡的一部分。
具體實施例方式
現在公開用于將可調諧激光器和光調制器集成到單個襯底中的方法和裝置。在下面的說明中，為了提供對本發明徹底的理解，提出了許多特定的細節。但是，本領域的普通技術人員應當清楚，并非必須使用這些特定細節來實現本發明。在其他情況中，沒有詳細描述公知的材料或者方法，以避免混淆本發明。
貫穿本說明書對“一個實施例”或“實施例”的提及意思是結合該實施例所描述的具體的特征、結構或者特性被包括在本發明的至少一個實施例中。因此，貫穿本說明書在各種地方出現的短語“在一個實施例中”或“在實施例中”未必都是指同一個實施例。此外，具體的特征、結構或者特性可以在一個或者多個實施例中以任何適當的方式組合。
在本發明的一個實施例中，利用布置在半導體襯底中的二極管或者增益介質產生光束。同樣被布置在半導體襯底中的可調諧布拉格光柵可以光耦合到增益介質，以調諧光束的輸出波長。布拉格光柵和增益介質一起被包括在可調諧激光器中。半導體襯底還包括光調制器，該光調制器可以響應于調制信號調制光束。將可調諧激光器和調制器這樣集成到單個半導體芯片中允許多個激光器和發射器被加入到單個模塊中。由于可以使用單個模塊來發射不同的波長，所以這降低了光發射的成本。
圖1是圖示了根據本發明的教導的集成的光發射模塊100的一個實施例的示圖。如圖所示，一個實施例的集成的光發射模塊100被布置在包含半導體襯底111的絕緣體上硅(SOI)晶片上。襯底111可以包括可調諧激光器，該可調諧激光器包括被光耦合到可調諧布拉格光柵104上的增益介質102，該可調諧布拉格光柵104可以調諧從增益介質102產生的光束116的輸出波長。如圖所示，增益介質102和可調諧布拉格光柵104都被布置在半導體襯底111上。在一個實施例中，增益介質102包括二極管，舉例來說，例如是磷化銦二極管等。在一個實施例中，增益介質102和可調諧布拉格光柵104的光耦合界定了半導體襯底111中的激光腔。同樣被包括在半導體襯底111中的光調制器106可以被光耦合到增益介質102，以響應于調制信號調制來自增益介質102的光束116。
如圖所示，光調制器106包括穿過半導體襯底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向穿過第一光路108，光束116的第二部分可以被導向穿過第二光路110。如下面將更詳細描述的，可以分別沿著光路108和110在半導體襯底111中布置第一和第二光學相位調整設備112和114，以響應于相位調整信號調整光束116的第一和第二部分之間的相位差。在一個實施例中，穿過由相位調整設備112和/或114建立的多個荷電調制區域之后，光束116的第一和第二部分在半導體襯底111中被合并，使得光束116被調制。在一個實施例中，如圖所示，光路108和110兩者都包括相位調整設備112和114。在另一個實施例中，光路108和110中只有一個包括相位調整設備112或114。
如在所描繪的實施例中所圖示的，光發射模塊100包括被布置在可調諧布拉格光柵104和光調制器106之間的增益介質102。應當認識到，也可以使用其他適合的結構。例如，如圖2所示，光發射模塊200包括在半導體襯底111中被布置在增益介質102和調制器106之間的可調諧布拉格光柵104。
圖3是圖示了根據本發明的教導的可以被包括在光發射模塊100或200中的光調制器106的光路108或110中的一個的一個實施例的側視圖。在一個實施例中，本發明的光調制器106的光路包括相位調整設備334，在一個實施例中，該相位調整設備334包括多個電荷調制區域360，該多個電荷調制區域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。在一個實施例中，溝槽電容器335和337包括被布置在光調制器106的半導體襯底111中的多晶硅。如圖3所示，光調制器106的一個實施例包括布置在溝槽電容器335的多晶硅和半導體襯底111之間的絕緣區域353。類似地，絕緣區域355被布置在溝槽電容器337的多晶硅和半導體襯底111之間。
在一個實施例中，調制信號329和另一調制信號331被耦合，以分別由相位調整設備334的溝槽電容器335和337接收。在一個實施例中，調制信號329和另一調制信號331由相位調整設備334的集成電路管芯上的控制電路產生。在一個實施例中，產生調制信號329和另一調制信號331的控制電路在半導體襯底111中被布置在被導向穿過半導體襯底111的光束116的光路外面。在另一個實施例中，調制信號329和另一調制信號331由在光調制器106的集成電路管芯外部的控制電路產生。在一個實施例中，調制信號329和另一調制信號331被耦合，以通過導體319和321被溝槽電容器335接收，所述導體319和321被布置在光調制器106的光限制層305中。在一個實施例中，光限制層305是絕緣層，并包括光調制器106的電介質層。
在一個實施例中，調制信號329和另一調制信號331是分別被耦合以由光調制設備334中的溝槽電容器335和337接收的多個信號。例如，在一個實施例中，調制信號329和另一調制信號331是具有相反極性的同一信號。在另一個實施例中，調制信號329和另一調制信號331是具有相同極性的同一信號。在又一個實施例中，調制信號329和另一調制信號331是被耦合到陣列中的電容器的分別的信號，以控制或調制溝槽電容335和337的陣列上的多個電荷調制區域360中的自由電荷載流子的電荷分布。
在一個實施例中，光束116從可調諧激光器的增益介質102和/或可調諧布拉格光柵104穿過半導體襯底111被導向到相位調整設備334的溝槽電容器335和337的陣列。如所提到的，在一個實施例中，半導體襯底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。如本領域技術人員所公知的，硅對紅外或近紅外光線是不完全透明的。例如，在相位調整設備334被用在電信中的一個實施例中，光束116具有近似1.55微米或1.3微米的紅外波長。
在一個實施例中，光調制器106包括與半導體襯底111貼近布置的光限制層357。從而，半導體襯底111被布置在光限制層357和光限制層305之間。在一個實施例中，光限制層357是絕緣層。具體地說，來自光束116的光能或光線從半導體襯底111與光限制層357或光限制層305之間的界面被反射。在圖3所描述的實施例中，由于全內反射，光束116被反射離開半導體襯底111與光限制層357或光限制層305之間的界面。作為全內反射的結果，使用光限制層357和光限制層305，光束116在一個實施例中被限制留在半導體襯底111中，直到光束離開半導體襯底111。
在一個實施例中，響應于調制信號，穿過溝槽電容器335和337周圍多個荷電調制區域360的光束116的相位被調制。在一個實施例中，由于等離子光學效應，穿過在多個荷電調制區域360中的自由電荷載流子的光束116的相位被調制。由于沿著光束116的傳播路徑可能出現的自由電荷載流子和光電場矢量之間的相互作用，出現等離子光學效應。光束116的電場導致自由電荷載流子的速率改變，這有效地擾動了介質的局部介電常數。這接著又導致光波傳播速度的擾動，由于折射率只是光線在真空中的速度和在介質中的速度的比值，所以又因此導致了對光線的折射率的擾動。自由電荷載流子被該電場加速，并且隨著光能的用盡，還導致對光場的吸收。通常，折射率擾動是復數，其實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的部分。相移φ的大小用真空中的光波長λ和互作用長度L表示如下φ＝(2π/λ)ΔnL (等式1)在硅中的等離子光學效應的情況中，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，me*和mh*分別是電子和空穴的有效質量。
注意，光調制器106的相位調整設備334已經在圖3中被圖示為具有兩個溝槽電容器335和337。但應當認識到，在其他實施例中，根據本發明的教導，只要選擇溝槽電容器的數量使得獲得所要求的相移，相位調整設備334可以包括更多或者更少數量的溝槽電容器。
注意，為了說明的目的，電荷調制區域360已經被圖示為包括負電荷。但應當認識到，在其他實施例中，根據本發明的教導，這些電荷的極性以及調制信號329和另一調制信號331的極性可以被反向。
圖4是圖示了根據本發明的教導，可以被耦合到光調制器106并被包括在光發射模塊100的半導體襯底111中的可調諧激光器400的實施例的框圖。可調諧激光器400包括被布置在半導體襯底111中的絕緣層407和403。
如所描繪的實施例中所圖示的，可調諧激光器400包括被布置在半導體襯底111中的增益介質102和可調諧布拉格光柵104。增益介質102和可調諧布拉格光柵104之間的光耦合界定了布置在半導體襯底111中的激光腔419。在一個實施例中，增益介質102包括諸如磷化銦二極管等的二極管，該二極管包括劈開的表面或刻面，所述劈開的表面或刻面形成可調諧激光器400的反射器423。在一個實施例中，反射器423具有99％的反射率，并且增益介質102的另一側具有抗反射(AR)涂層，該涂層具有非常低的反射率，舉例來說，例如是10-4的反射率。
如下面將更詳細討論的，可調諧布拉格光柵104的一個實施例被形成為具有多層結構，包括交替的多晶硅417和半導體襯底111的區域。加熱器415如所示出地被貼近交替的多晶硅和半導體襯底區域111布置，以局部地調整半導體襯底111和多晶硅區域417的溫度，以便調整可調諧布拉格光柵104的可調諧波長。
在一個實施例中，在半導體襯底111中，激光腔419被界定在絕緣層403和407之間以及增益介質102的反射器423和可調諧布拉格光柵104之間。如下面將更詳細討論的，一個實施例的激光腔419被包括在增益介質102和波導中，所述波導在半導體襯底111被形成在反射器423和可調諧布拉格光柵104之間。在一個實施例中，可調諧布拉格光柵104用作反射器，以選擇性地反射可調諧布拉格光柵104的可調諧波長處的光線。
在操作中，首先利用增益介質102將電轉換為光。如本領域技術人員可以認識到的，可以通過例如在半導體(增益介質)中注入電流，以產生電子-空穴對，使得通過電子-空穴輻射復合過程發光，這樣來產生這種光線。在圖4中，該光線被圖示為從激光腔419中的增益介質102發出的光束425。在一個實施例中，可調諧布拉格光柵104反射光束425中具有等于布拉格波長λB的可調諧中心波長的部分。該具有等于λB的可調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中的沒有被可調諧布拉格光柵104反射的其余部分或者波長在圖4中被圖示為穿過可調諧布拉格光柵104繼續的光束431。光束425和427繼續在反射器423和可調諧布拉格光柵104之間來回反射，使得在激光腔419中發生激光作用或者光受激發射的放大。
在一個實施例中，由于可調諧布拉格光柵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射僅在一個窄的頻率范圍內被獲得。在一個實施例中，反射器423僅是部分反射的，使得光束116能夠穿過可調諧激光腔400的反射器423被輸出。換句話說，由于可調諧布拉格光柵104被調諧以反射具有波長λB的光線，所以光束116被調諧到波長λB。在一個實施例中，可調諧布拉格光柵104的可調諧中心波長可以被調諧或者調整，以調諧或者調整光束116的輸出波長。
在一個實施例中，具有輸出波長λB的光束116被從增益介質102輸出，并被導向到光調制器106，例如如圖1所示。在另一個實施例中，應當認識到，可調諧布拉格光柵104可以對λB只部分地反射，使得由于在激光腔419中具有波長λB的光的激光作用或者受激發射而具有輸出波長λB的光束116被從可調諧布拉格光柵104的與增益介質102相反的一端輸出。示出了可調諧激光器400的這種安排的實施例可以被舉例示出在圖2中。在該實施例中，增益介質102的與可調諧布拉格光柵相反的一側被涂有高反射涂層，增益介質102的面對可調諧布拉格光柵104的一側具有低反射率的AR涂層，例如10-4的反射率。
圖5是圖示了根據本發明的教導，布置在半導體襯底111中的基于半導體的可調諧布拉格光柵104的一個實施例的更詳細的細節的橫截面的框圖。如圖所示，多個交替的多晶硅417區域被布置在硅半導體襯底111中，使得沿著通過半導體襯底111的光路517提供有有效折射率neff的周期性或者準周期性的擾動。包含光路517的波導525被提供在半導體襯底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實施例中，在半導體襯底111和多晶硅417之間的每個界面處提供了較小的有效折射率差值neff(或者npoly-nsi)。在一個實施例中，neff近似在0.005到0.03的范圍內。應當認識到，根據本發明的教導，可以對neff使用其他的數值范圍，0.005到0.03在這里被提供用于說明的目的。在另一個實施例中，應當認識到，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的每個界面處提供有有效折射率差值。
在一個實施例中，波導525是脊形波導。為了圖示說明，圖6是根據本發明的教導的可調諧布拉格光柵的脊形波導625的一個實施例的立體示。在圖6中，脊形波導625被布置在半導體襯底111中，并包括多晶硅417的區域。在一個實施例中，半導體襯底111具有與多晶硅417不同的折射率，使得沿穿過脊形波導625的光路提供有周期性或準周期性的有效折射率的擾動。
如圖所示，脊形波導625包括脊形區域627和平板區域629。在圖6所圖示的實施例中，單模光束619的強度分布被示出為通過脊形波導625傳播。如圖所示，光束619的強度分布是這樣的光束619的多數通過脊形區域627的部分向脊形波導625的內部傳播。另外，光束619的一部分通過平板區域629朝向脊形波導625的內部傳播。如同樣用光束619的強度分布所示出的，束619的傳播光學模式的強度在脊形區域627的“上拐角”以及平板區域629的“側面”小到趨于零。
應當認識到，雖然脊形波導525和625是結合可調諧布拉格光柵104被圖示和描述的，但是脊形波導可以使用在整個光調制器100中，例如在光調制器106的光路108和110中，或者光發射模塊100的部件之間的其他光耦合或波導。
返回參考圖5的圖示，光束519沿著光路517被導向到波導525的一端中。在一個實施例中，光束519包括紅外或進紅外光，并被由絕緣層403和407所提供的覆層限制為沿著波導525的兩端之間的光路517保留在波導525中。在一個實施例中，由于絕緣層403和407的氧化物材料具有比半導體襯底111和多晶硅417的半導體材料低的折射率，所以光束519因全內反射而受限制。
在一個實施例中，光束519包括多個信道，這些信道具有包括例如λ1、λ2和λ3的波長。應當認識到，雖然光束519在所示的例子中已經被示為包括三個波長λ1、λ2和λ3，但是根據本發明的教導，可以在光束519中包括其他數量的波長。
如上所述，穿過波導525沿著光路517存在有效折射率的周期性或準周期性的擾動。由于上述有效折射率差值neff，沿著光路517在半導體襯底111和多晶硅417之間的界面處發生光束519的多次反射。在一個實施例中，當滿足布拉格條件或者相位匹配條件時，發生布拉格反射。具體地說，對于均勻布拉格光柵，當滿足如下條件時發生布拉格反射mλB＝2neffΛ(等式3)其中，m是衍射級次，λB是布拉格波長，neff是波導的有效折射率，Λ是光柵周期。
為了圖示，圖5示出了對于λB等于λ2存在的布拉格條件。相應地，包括波長λ2的光束116被示出為被反射回來，從光束519被導向進入的一端從波導525中出來。此外，光束519的其余部分繼續沿光路517傳播穿過波導525，使得其余的波長(例如，λ1和λ3)被包括在光束523中，該光束523從波導525的相反一端被傳播。在一個實施例中，光束519可以是在其上編碼數據的光通信束等。在一個實施例中，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(例如，λ1、λ2和λ3等)編碼不同的信道。
在一個實施例中，被可調諧布拉格光柵104反射的布拉格波長λB可利用貼近波導525所布置的加熱器415而調諧或者調整。在一個實施例中，加熱器415包括薄膜加熱器或類似物，或者未來出現的其他技術，其在沿光路517的波導525中控制半導體襯底111和多晶硅417的溫度。舉例來說，硅和多晶硅的折射率隨溫度變化較大，約2×10-4/°K量級。應當認識到，例如硅和/或多晶硅的半導體材料的折射率隨溫度的變化，其數量級大于例如二氧化硅等的其它材料。從而，通過控制半導體襯底111和多晶硅417的溫度，根據本發明的教導，實現了被可調諧布拉格光柵104反射的光的中心波長的相對顯著的偏移。
圖7是圖示了按照本發明的教導的可調諧布拉格光柵701的另一個實施例的橫截面的框圖。應當認識到，根據本發明的教導，可調諧布拉格光柵701也可以代替圖1、圖2或圖4的可調諧布拉格光柵104而被使用。如所描繪的實施例所示的，可調諧布拉格光柵701包括具有光路717的半導體襯底111，光束719被導向通過該光路717。在一個實施例中，半導體襯底111被包括在SOI晶片715中，使得半導體襯底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被布置在半導體襯底層111和半導體襯底層713之間。在一個實施例中，光波導725具有半導體襯底111，該半導體襯底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725中。
在圖7所描繪的實施例中，可調諧布拉格光柵701具有溝槽形的硅結構。具體地說，類似于例如金屬一氧化物一半導體(MOS)結構的多個導體-絕緣體-半導體結構715沿著光路717被布置在半導體襯底111中。各個結構715被耦合以通過導體737接收調制信號VG739，該導體737穿過絕緣層709被耦合到各個結構715上。如圖7所示，波導725中的每個結構的高度是h。在一個實施例中，結構715的高度h被選擇為使得波導725中的光束717沿光路717的傳播損耗是可接受的。
在圖7所描繪的實施例中，在半導體襯底111中，沿著通過波導725的光路717提供有有效折射率neff的周期性或準周期性擾動。具體地說，有效折射率neff等于沿光路717的波導725的幾何結構以及被包括在光束719中的波長λ和具體介質的折射率(例如，nsi)的函數，或者與該函數相關。
相應地，假設半導體襯底111包括硅，則有效折射率neff是不包括結構715的波導725的高度H、nsi和λ的函數。在包括結構715的波導725的區域705中，有效折射率n′eff是包括結構715的波導725的高度(H-h)、nsi和λ的函數。因而，有效折射率的差值是
neff＝neff-n′eff(等式4)在所描繪的實施例中，結構715響應于通過導體737的信號VG739而被施加偏壓，使得半導體襯底層111中的電荷調制區域73 1中的自由電荷載流子貼近結構715集中。例如，假設利用通過導體737的調制信號VG739施加正電壓，半導體襯底111中的電子被掠進電荷調制區域731。例如當對導體737施加較小的正電壓時，被掠進電荷調制區域731的自由電荷載流子的濃度降低。
注意，為了說明的目的，電荷調制區域731已經被圖示為包括負電荷。但應當認識到，根據本發明的教導，在另一實施例中這些電荷的極性以及調制信號VG739的電壓可以被反向。
在一個實施例中，如前所述，由于等離子光學效應，電荷調制區域731中的有效折射率neff響應于調制信號VG739而被調制。
注意，可調諧布拉格光柵701在圖7中被示為具有五個結構715。但應當認識到，根據本發明的教導，在其他實施例中，可調諧布拉格光柵701可以包括更多或者更少數量的結構715。
在操作中，光束719沿著光路717被導向進入波導725的一端。在一個實施例中，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725兩端之間的光路717保留在波導725中。在一個實施例中，由于絕緣層707和709的氧化物材料具有比半導體襯底111的半導體材料更小的折射率，所以光束719因全內反射而受限制。
在一個實施例中，光束719包括與包含例如λ1、λ2和λ3的波長相對應的多個信道。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周期性擾動中的有效折射率差值neff，當滿足上述等式3中的布拉格條件或者相位匹配條件時，發生光束719的多次反射。
為了圖示，圖7示出了對于λB等于λ2存在的布拉格條件。相應地，具有中心波長λ2的光束721被示出為被反射回來，從光束719被導向進入的一端從波導725中出來。此外，光束719的其余部分繼續沿光路717傳播穿過波導725，使得光束723中包括其余的波長(例如，λ1和λ3)，該光束723從波導525的相反一端被傳播。
在一個實施例中，通過利用調制信號VG739適當地調制電荷調制區域731中的電荷，以調整布拉格波長λB的條件，可以調諧或者調整被可調諧布拉格光柵701反射或者過濾的中心波長。實際上，如上面所討論的，根據本發明的教導，沿光路717的有效折射率中的差值Δneff響應于調制信號VG739而被調制，以調諧被可調諧布拉格光柵701反射的布拉格波長λB。
圖8圖示了一個實施例，其中，多個光發射模塊200被布置在單個半導體襯底111中，以形成可以產生、調諧以及調制多個光束的光發射模塊800。圖8示出了第一可調諧激光器400A，其中，可調諧激光器400A是光耦合到多個光調制器106A、106B、106C和106D的相應一個上的多個可調諧激光器400A、400B、400C和400D中的一個。因此，在實施例中，每個光調制器106A、106B、106C和106D被光耦合，以接收和調制來自各自的可調諧激光器400A、400B、400C和400D的光束。注意，在圖8所描繪的實施例中，各個布拉格光柵被布置在增益介質102和調制器106之間。在另一個實施例中，增益介質可以被布置在布拉格光柵和調制器之間。
在一個實施例中，多路復用器801可以光耦合到各個光調制器106A、106B、106C和106D的輸出，以將接收到的多個光束多路復用到WDM光束807中。在實施例中，如圖8所示，分別用于可調諧激光器400和調制器106的可調諧激光器控制電路802和調制器控制電路804被示為位于與半導體襯底111分立的襯底上，用于產生各自的控制調制信號。在另一個實施例中，可調諧激光器控制電路802和調制器控制電路804可以被包括在與多個光發射模塊200同一個半導體襯底111上。
圖9圖示了一個實施例，其中，光發射模塊900還包括分光器902，其被光耦合以將從單個增益介質102產生的光束116分成多個光束。在一個實施例中，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，以接收和調諧多個光束中的相應一個的輸出波長。在實施例中，在正常操作期間，可調諧布拉格光柵104A、104B、104C和104D各自被調諧到不同的輸出波長。光調制器106A、106B、106C和106D可以各自被光耦合到相應的可調諧布拉格光柵104A、104B、104C和104D，以調制多個光束中的相應的一個。一旦多個光束中的每個穿過調制器106A、106B、106C和/或106D，則每個光束可以進入分別的光學纖維901A、901B、901C和/或901D。
圖10是根據本發明的教導的包括光發射模塊的光通信系統1000的實施例的圖示。光通信系統1000包括光發射模塊1001，該光發射模塊1001可以將在半導體襯底111中所產生的多個光束1002導向到多路復用器1003。多路復用器1003可以將多個光束1002多路復用到WDM光束1007中。然后，WDM光束1007可以沿著光網絡中的光學纖維1005被導向，并可以被放大器1004放大。在一個實施例中，放大器1004包括摻鉺光纖放大器(EDFA)等。在一個實施例中，也可以沿著光學纖維1005設置光插/分器或開關1006，以插入或分出光信號。在一個實施例中，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光束1002。可以光耦合多個光接收器1010，以接收多個光束中的相應的一個。
在前面的詳細說明中，已經參考其具體的示例性實施例描述了本發明的方法和裝置。但是，顯然，可以對其作出各種修改和變化而不脫離本發明的更寬廣的精神和范圍。本說明書和附圖因此被認為是示例性的，而不是限定性的。
權利要求
1.一種裝置，包括被布置在半導體襯底中的增益介質；被布置在所述半導體襯底中的可調諧布拉格光柵，所述可調諧布拉格光柵光耦合到所述增益介質，以便調諧從所述增益介質產生的光束的輸出波長；和被布置在所述半導體襯底中的光調制器，所述光調制器被光耦合以接收所述光束，所述光調制器響應于調制信號，調制從所述增益介質產生的所述光束。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述光調制器包括通過所述半導體襯底的第一光路，所述光束的第一部分被導向通過所述第一光路；通過所述半導體襯底的第二光路，所述光束的第二部分被導向通過所述第二光路；分別在所述第一和第二光路中被布置在所述半導體襯底中的第一和第二光學相位調整設備，所述第一和第二光學相位調整設備響應于相位調整信號，選擇性地調整所述光束的所述第一和第二部分之間的相位差；光學限制區域，所述光學限制區域在所述第一和第二光路之間被布置在所述半導體襯底中，以便將所述第一光路與所述第二光路光學隔離開，直到所述第一和第二光路在所述半導體襯底中被合并。
3.如權利要求2所述的裝置，其中，所述第一和第二相位調整設備每個包括分別沿所述第一和第二光路被布置在所述半導體襯底中的多個電荷調制區域。
4.如權利要求2所述的裝置，其中，所述第一和第二相位調整設備每個包括分別沿所述第一和第二光路被布置在所述半導體襯底中的溝槽電容器的陣列。
5.如權利要求1所述的裝置，其中，所述增益介質包括被布置在所述半導體襯底中的二極管。
6.如權利要求1所述的裝置，其中，所述增益介質包括被布置在所述半導體襯底中的磷化銦二極管。
7.如權利要求1所述的裝置，其中，所述增益介質和所述可調諧布拉格光柵一起形成被布置在所述半導體襯底中的可調諧激光器，其中，所述增益介質和所述可調諧布拉格光柵之間的光耦合界定了被布置在所述半導體襯底中的激光腔。
8.如權利要求1所述的裝置，其中，所述可調諧布拉格光柵包括所述半導體襯底的折射率的多個擾動。
9.如權利要求8所述的裝置，其中，所述半導體襯底的所述折射率的所述多個擾動是利用被布置在所述半導體襯底中的所述可調諧布拉格光柵中的硅和多晶硅的周期性區域提供的。
10.如權利要求8所述的裝置，其中，所述半導體襯底的所述折射率的所述多個擾動是利用所述半導體襯底的所述可調諧布拉格光柵中的幾何結構的周期性變化提供的。
11.如權利要求8所述的裝置，其中，所述可調諧布拉格光柵還包括貼近所述可調諧布拉格光柵的所述半導體襯底布置的加熱器，所述半導體襯底的所述折射率對所述半導體襯底的所述可調諧布拉格光柵中的溫度有響應。
12.如權利要求8所述的裝置，其中，所述可調諧布拉格光柵還包括被布置在所述可調諧布拉格光柵的所述半導體襯底中的電極，用于調制所述半導體襯底中的電荷濃度，所述半導體襯底的所述折射率對所述半導體襯底中的所述可調諧布拉格光柵中的所述電荷濃度有響應。
13.如權利要求1所述的裝置，還包括被布置在所述半導體襯底中的多路復用器，所述多路復用器光耦合到所述光調制器的輸出，以便將多個另外的光束與從所述增益介質產生的所述光束多路復用。
14.如權利要求1所述的裝置，還包括被布置在所述半導體襯底中的分光器，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光束。
15.如權利要求14所述的裝置，其中，所述可調諧布拉格光柵是被布置在所述半導體襯底中的多個布拉格光柵中的第一可調諧布拉格光柵，所述多個布拉格光柵中的每一個被光耦合到所述分光器，以接收所述多個光束中的相應的一個，所述多個布拉格光柵中的每個調諧所述多個光束中的所述相應的一個的相應的輸出波長。
16.如權利要求15所述的裝置，其中，所述光調制器是被布置在所述半導體襯底中的多個光調制器中的第一光調制器，所述光調制器中的每個被光耦合到所述多個可調諧布拉格光柵中的相應的一個，以調制所述多個光束中的所述相應的一個。
17.如權利要求1所述的裝置，其中，所述增益介質在所述可調諧布拉格光柵和所述光調制器之間被布置在所述半導體襯底中。
18.如權利要求1所述的裝置，其中，所述可調諧布拉格光柵在所述增益介質和所述光調制器之間被布置在所述半導體襯底中。
19.一種方法，包括利用被布置在半導體襯底中的增益介質產生光束；利用被布置在所述半導體襯底中的被光耦合到所述增益介質的可調諧布拉格光柵，調諧所述光束的輸出波長；以及利用被布置在所述半導體襯底中的光調制器，響應于調制信號，調制所述光束。
20.如權利要求19所述的方法，其中，所述可調諧布拉格光柵是被布置在所述半導體襯底中的多個布拉格光柵中的第一個，其中，所述光調制器是被布置在所述半導體襯底中的多個光調制器中的第一個，所述方法還包括利用被布置在所述半導體襯底中的分光器，將所述增益介質所產生的所述光束分成多個光束；利用被布置在所述半導體襯底中的多個可調諧布拉格光柵中的相應的一個，調諧所述多個光束中的每一個，其中所述多個可調諧布拉格光柵被光耦合以接收所述多個光束中的相應的一個；以及利用被布置在所述半導體襯底中的多個光調制器中的相應的一個，響應于調制信號，調制所述多個光束中的每一個。
21.如權利要求19所述的方法，其中，利用被布置在所述半導體襯底中的所述光調制器調制所述光束的步驟包括將所述光束的第一部分導向穿過所述半導體襯底中的所述光調制器的第一路徑；將所述光束的第二部分導向穿過所述半導體襯底中的所述光調制器的第二路徑；利用被布置在所述光調制器的所述第一和第二光路中的第一和第二相位調整設備，響應于所述調制信號，選擇性地調整所述光束的所述第一和第二部分之間的相位差；光學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.如權利要求19所述的方法，其中，所述光束是在所述半導體襯底中被產生、調諧和調制的多個光束中的一個，所述方法還包括利用被布置在所述半導體襯底中的多路復用器，將所述多個光束多路復用為單個波分復用光束。
23.如權利要求19所述的方法，其中，利用被布置在所述半導體襯底中的所述可調諧布拉格光柵調諧所述光束的所述輸出波長的步驟包括調整包含所述可調諧布拉格光柵的所述半導體襯底的溫度。
24.如權利要求19所述的方法，其中，利用被布置在所述半導體襯底中的所述可調諧布拉格光柵調諧所述光束的所述輸出波長的步驟包括調整包含所述可調諧布拉格光柵的所述半導體襯底中的電荷濃度。
25.一種光通信系統，包括被布置在半導體襯底中的光發射模塊，所述光發射模塊包括被布置在所述半導體襯底中的增益介質；被布置在所述半導體襯底中的可調諧布拉格光柵，所述可調諧布拉格光柵光耦合到所述增益介質，以便調諧從所述增益介質產生的光束的輸出波長；和被布置在所述半導體襯底中的光調制器，所述光調制器被光耦合以接收所述光束，所述光調制器響應于信號，調制從所述增益介質產生的所述光束；被光耦合以接收在所述半導體襯底中產生的所述多個光束的多路復用器，其中，從所述增益介質產生的所述光束是在所述半導體襯底中產生的所述多個光束中的一個，所述多路復用器將所述多個光束多路復用為單個波分復用光束；被光耦合以通過光學纖維接收所述波分復用光束的多路分解器，所述多路分解器將所述波分復用光束多路分解回所述多個光束；和多個光接收器，所述光接收器中的每個被光耦合以接收所述多個光束中的相應的一個。
26.如權利要求25所述的光通信系統，其中，所述增益介質是被布置在所述半導體襯底中的多個增益介質中的一個，所述多個增益介質中的每一個產生在所述半導體襯底中所產生的所述多個光束中的對應的一個，所述可調諧布拉格光柵是被布置在所述半導體襯底中的多個可調諧布拉格光柵中的一個，所述多個可調諧布拉格光柵中的每一個被光耦合到所述多個增益介質中的相應的一個，以便調諧所述多個光束中的相應的一個的相應的輸出波長，所述光調制器是被布置在所述半導體襯底中的多個光調制器中的一個，所述多個光調制器中的每一個被光耦合到所述多個光束中的相應的一個，以便響應于相應的調制信號，調制所述多個光束中的所述相應的一個。
27.如權利要求25所述的光通信系統，其中，所述光發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產生的所述光束分成在所述半導體襯底中產生的所述多個光束，所述可調諧布拉格光柵是被布置在所述半導體襯底中的多個可調諧布拉格光柵中的一個，所述多個可調諧布拉格光柵中的每一個被光耦合到來自所述分光器的所述多個光束中的相應的一個，以便調諧所述多個光束中的所述相應的一個的相應的輸出波長，所述光調制器是被布置在所述半導體襯底中的多個光調制器中的一個，所述多個光調制器中的每一個被光耦合到所述多個光束中的相應的一個，以便響應于相應的調制信號，調制所述多個光束中的所述相應的一個。
28.如權利要求25所述的光通信系統，其中，所述多路復用器被包括在所述半導體襯底中的所述光發射模塊中。
29.如權利要求25所述的光通信系統，其中，在所述光發射模塊的所述半導體襯底中的所述光調制器包括通過所述半導體襯底的第一光路，所述光束的第一部分被導向通過所述第一光路；通過所述半導體襯底的第二光路，所述光束的第二部分被導向通過所述第二光路；分別在所述第一和第二光路中被布置在所述半導體襯底中的第一和第二光學相位調整設備，所述第一和第二光學相位調整設備響應于相位調整信號，選擇性地調整所述光束的所述第一和第二部分之間的相位差；光學限制區域，所述光學限制區域在所述第一和第二光路之間被布置在所述半導體襯底中，以便將所述第一光路與所述第二光路光學隔離開，直到所述第一和第二光路在所述半導體襯底中被合并。
30.如權利要求25所述的光通信系統，其中，所述光發射模塊的所述半導體襯底中的所述可調諧布拉格光柵包括所述半導體襯底的折射率的多個擾動。
全文摘要
本發明公開了一種光發射模塊。在本發明的一個方面中，利用被布置在半導體襯底中的增益介質產生光束。同時被布置在所述半導體襯底中的可調諧布拉格光柵可以被光耦合到所述增益介質，以調制所述光束的輸出波長。所述半導體襯底還包括被光耦合以接收所述光束的光調制器。所述光調制器被耦合，以響應于調制信號調制所述光束。
文檔編號H01S5/125GK1639614SQ03804535
公開日2005年7月13日 申請日期2003年2月13日 優先權日2002年2月25日
發明者馬里奧·帕尼恰 申請人:英特爾公司