專利名稱：集成波長可調(diào)諧單級和兩級全光波長轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是在由海軍研究所授予的政府第N00014-96-6014號的授權(quán)支持下進(jìn)行的。第9896283號授權(quán)是由國家科學(xué)基金會授予的，以及第F49620-98-1-0399號授權(quán)是由空軍部門授予的。在本發(fā)明中政府具有確定的權(quán)利。相關(guān)申請本申請涉及1999年9月28日提交的美國臨時專利申請第60/156,459號。
2. 現(xiàn)有技術(shù)說明當(dāng)前光學(xué)部件和激光器的使用已經(jīng)使通信和數(shù)據(jù)傳輸更加有效且使所需費(fèi)用也更加經(jīng)濟(jì)。半導(dǎo)體激光器的使用已經(jīng)使光源的制造和封裝變得更加經(jīng)濟(jì)，同時也減小了整個器件的尺寸。
然而，對通信和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的需求也在增長。對可有多種變形的波分復(fù)用(WDM)和包交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來說，寬范圍內(nèi)可調(diào)諧的激光器是必需的部件。在長距離的密集WDM通信系統(tǒng)中它們可用作替代光源，或在存取網(wǎng)絡(luò)中用作波長路由選擇。對于下一代使用實(shí)時延遲光束轉(zhuǎn)向的相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)，它們也是重要的器件。在用來穩(wěn)定單片的集成光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換器的這類系統(tǒng)中，也存在著需求，但至今為止還沒有可用的。
發(fā)明簡述本發(fā)明是一種裝置，包括一個半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)，一個制造在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的可調(diào)諧激光器和一個干涉儀，具有一個耦合至該可調(diào)諧激光器輸出端的輸入端。該干涉儀和該可調(diào)諧激光器單片制造在該半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)中。
在圖示的實(shí)施例中，該可調(diào)諧的激光器是一個分布型布拉格反射鏡激光器，盡管本發(fā)明可考慮使用目前已知或以后設(shè)計(jì)的任何類型的半導(dǎo)體激光器。該激光器也包括了一個嵌入式脊條紋波導(dǎo)激光器。該嵌入式脊條紋波導(dǎo)激光器包括兩個抽樣光柵DBR反射鏡、一個增益部分和一個相位部分。
該干涉儀在每一個支路上都具有一個半導(dǎo)體光學(xué)放大器。該裝置還包括一個耦合在干涉儀上的交叉增益半導(dǎo)體光學(xué)放大轉(zhuǎn)換器。耦合在每一個支路內(nèi)的該半導(dǎo)體光學(xué)放大器被偏置，從而使在兩個支路之間的光路長度差是反相的，以消除相消干擾。該半導(dǎo)體光學(xué)放大器是對偏振不敏感的。
在一個實(shí)施例中，該裝置具有一個輸入端和一個耦合器，輸入信號λI耦合至該輸入端。該對偏振不敏感的半導(dǎo)體光學(xué)放大器具有耦合至該耦合器上的一個輸出端。該可調(diào)諧激光器的輸出端耦合在耦合器上。該對偏振不敏感的半導(dǎo)體光學(xué)放大器被用來作為對干涉儀中半導(dǎo)體光學(xué)放大器的一種增益控制器，以允許在輸入信號功率更大范圍內(nèi)進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換。
一個具有多信道的密集波分復(fù)用通信系統(tǒng)耦合至干涉儀的輸出端，從而該可調(diào)諧的激光器可用來在任何兩個多信道之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
該干涉儀還包括一個多模式干涉耦合器，其特征在于一個波長不敏感分束比耦合在該干涉儀的輸入端上。
該異質(zhì)結(jié)構(gòu)襯底包括一個在帶隙波導(dǎo)層和位于該在帶隙波導(dǎo)層之上的更薄多量子阱有源區(qū)。該異質(zhì)結(jié)構(gòu)襯底具有非吸收性無源元件，其通過選擇性的在波導(dǎo)層上移除量子阱區(qū)而在其中形成，從而允許在波導(dǎo)層中形成有源區(qū)和無源區(qū)，同時不必進(jìn)行對接接點(diǎn)的再生。
在一個實(shí)施例中，一個輸入信號λI耦合至其中，且該裝置還包括一個分布型反饋激光器，具有一個輸出端以調(diào)制輸入信號λI。半導(dǎo)體光學(xué)放大器具有一個耦合至輸入信號λI的輸出端和一個耦合分布型反饋激光器輸出端的輸入端。一陷波濾波器具有一個輸出端和一個耦合在半導(dǎo)體光學(xué)放大器輸出端上的輸入端。該干涉儀的一個輸入端耦合至陷波濾波器的輸出端，從而通過交叉相位調(diào)制該輸入信號λI被轉(zhuǎn)換為一所需的波長。一梳狀濾波器具有一個耦合在該干涉儀輸出端上的輸入端。該半導(dǎo)體光學(xué)放大器具有一個耦合輸入信號的輸入端，且其對偏振不敏感。該干涉儀在一中間波長的固定偏振態(tài)處操作。該裝置還包括一個分布型反饋激光器，具有一個輸出端以調(diào)制輸入信號λI。半導(dǎo)體光學(xué)放大器具有一個輸入端，耦合輸入信號λI和分布型反饋激光器的輸出端。一陷波濾波器具有一個耦合半導(dǎo)體光學(xué)放大器輸出端的輸入端。該干涉儀的輸入端耦合陷波濾波器的輸出端，從而通過計(jì)算傳播交叉增益調(diào)制該輸入信號λI被轉(zhuǎn)換為所需波長。一梳狀濾波器具有耦合至干涉儀輸出端上的一個輸入端。
本發(fā)明其特征也在于一種集成光學(xué)器件的制造方法，包括在一基座結(jié)構(gòu)上依次配置一覆蓋層、位于該覆蓋層下的一多量子阱層、位于該多量子阱層下的一個第一波導(dǎo)層、和位于該第一波導(dǎo)層下的一個異質(zhì)結(jié)構(gòu)波導(dǎo)層。選擇性的移除該覆蓋層和多量子阱層以確定一無源部分。在該無源部分和基座結(jié)構(gòu)的剩余部分上再生一MOCVD層。然后選擇性的在該MOCVD層、該無源部分和基座結(jié)構(gòu)的剩余部分內(nèi)形成光學(xué)結(jié)構(gòu)。
選擇性的在該MOCVD層、無源部分和基座結(jié)構(gòu)剩余部分內(nèi)形成光學(xué)結(jié)構(gòu)的步驟包括在基座結(jié)構(gòu)的剩余部分內(nèi)形成一個有源光學(xué)器件，或者尤其是一個激光器或一個光柵。
選擇性的在該MOCVD層、無源部分和基座結(jié)構(gòu)剩余部分內(nèi)形成光學(xué)結(jié)構(gòu)的步驟也包括在該無源部分內(nèi)形成一個無源光學(xué)器件，例如一個光點(diǎn)直徑轉(zhuǎn)換器。
在圖示的實(shí)施例中，選擇性的在該MOCVD層、無源部分和基座結(jié)構(gòu)剩余部分內(nèi)形成光學(xué)結(jié)構(gòu)的步驟包括在基座結(jié)構(gòu)的剩余部分內(nèi)形成一個可調(diào)諧的激光器和至少兩個半導(dǎo)體光學(xué)放大器，在無源部分中形成一個干涉儀，將一個波導(dǎo)電路耦合該激光器，至少兩個半導(dǎo)體光學(xué)放大器，和接入光學(xué)電路的干涉儀，以形成一個至少部分集成的可調(diào)諧波長轉(zhuǎn)換器。
雖然本發(fā)明為了語法上的方便描述了一種步驟方法，但應(yīng)當(dāng)清楚地明白本發(fā)明并不限于35 USC 112法律釋義之下的圖示實(shí)施例，其應(yīng)當(dāng)由權(quán)利要求的范圍來進(jìn)行限定而不是圖示的實(shí)施例。本發(fā)明參看下面附圖可更好的設(shè)想，其中對相同的元件使用了相同的參考標(biāo)記。
附圖簡要描述

圖1是用來在其中制造單級波長轉(zhuǎn)換器的光學(xué)芯片的透視圖；圖2是使用了非集成部件的光學(xué)兩級波長轉(zhuǎn)換器元件的方框圖；圖3是一個兩級波長轉(zhuǎn)換器以集成化的方式在其中進(jìn)行制造的光學(xué)芯片的透視圖；圖4a-4i(4)是簡化了的橫截面圖，其中示出了本發(fā)明的光學(xué)器件以集成的方式進(jìn)行制造的方法。
參看優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，可更好的理解本發(fā)明及其各種實(shí)施例，這些優(yōu)選實(shí)施例是由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的示意性實(shí)例來進(jìn)行說明。應(yīng)當(dāng)清楚地知道，由權(quán)利要求限定的本發(fā)明與下面描述的示意性實(shí)施例相比，其可有更寬泛的范圍。
圖1所示的單級波長轉(zhuǎn)換器12包括一個馬赫-澤德干涉儀12，在干涉儀12的每一個支路20和22內(nèi)結(jié)合有半導(dǎo)體光學(xué)放大器(SOA)16和18。圖3所示的兩級轉(zhuǎn)換器14既包括馬赫-澤德干涉儀轉(zhuǎn)換器16、18、20、22之外還包括交叉增益(cross-gain)半導(dǎo)體光學(xué)放大轉(zhuǎn)換器。在該干涉儀轉(zhuǎn)換器部分16、18、20、22之內(nèi)，來自可調(diào)諧激光器10的泵浦光在干涉儀12、14的兩個支路20和22之間被均勻地分離。輸入信號λi被半導(dǎo)體光學(xué)放大器38放大，并結(jié)合耦合器40中的可調(diào)諧激光器10的輸出，被送到干涉儀12支路22內(nèi)的半導(dǎo)體光學(xué)放大器18。送入半導(dǎo)體光學(xué)放大器18內(nèi)的光強(qiáng)度調(diào)節(jié)整個放大器18的轉(zhuǎn)換功能，從而在λi和λm處產(chǎn)生一個放大了的輸出信號。然后λi可被一個常用的非晶片型(off-chip)濾光器(未示出)濾出。
半導(dǎo)體光學(xué)放大器16配置在干涉儀12相對的支路20內(nèi)以調(diào)整支路20和22之間的光路長度。放大器16和18可被偏置以使兩支路20和22之間的光路長度差別是反相的，從而在輸出波導(dǎo)24處產(chǎn)生相消干擾。該輸入信號λi被耦合進(jìn)干涉儀12、14的單個支路22內(nèi)。在當(dāng)該輸入信號λi處于大功率狀態(tài)時，兩個支路20和22之間的相位區(qū)別會發(fā)生變化，從而允許來自泵浦光束的光λm被透射出去。
這種方法轉(zhuǎn)換了對輸入數(shù)據(jù)信號的調(diào)制，從來自可調(diào)諧激光器10的λi至泵浦光λm，其可通過選擇操作半導(dǎo)體光學(xué)放大器18其傳遞曲線的適宜斜率以具有或不具有合邏輯的位倒置來實(shí)現(xiàn)。該輸入光束，λi，可在輸出端24處被濾出以允許轉(zhuǎn)換了的光束能投射出去。
單片可調(diào)諧式波長轉(zhuǎn)換器11與以分立元件為基礎(chǔ)的器件相比其優(yōu)點(diǎn)在于，其消除了由于額外的插入損失和封裝費(fèi)用會使噪聲系數(shù)增長的兩個光纖的引出端。與分離的不可調(diào)諧器件相比，對每一個信道而言，這種實(shí)施方法其可調(diào)諧的性質(zhì)也允許使用一個器件以在密集波分復(fù)用(DWDM)通信系統(tǒng)的任何兩個信道之間進(jìn)行光學(xué)轉(zhuǎn)換。
圖2和圖3實(shí)施方法的一個特點(diǎn)在于在兩級之間使用了一個內(nèi)部波長，以避免對快速調(diào)諧濾光器的需求，并且由于在一級處的輸入內(nèi)部波長，其可減緩對偏振不敏感的轉(zhuǎn)換器的需求，可操作圖1的可調(diào)諧轉(zhuǎn)換器以使其處于一固定的偏振態(tài)，使用偏振度敏感波導(dǎo)技術(shù)可制造第二轉(zhuǎn)換級16、18、20、22。
一般而言，有多種方法可用來實(shí)現(xiàn)圖1的波長轉(zhuǎn)換，例如四波混合，交叉增益調(diào)制(XGM)，和交叉相位調(diào)制(XPM)。在干涉儀12、14中使用半導(dǎo)體光學(xué)放大器16、18的交叉相位調(diào)制由于其轉(zhuǎn)換效率、消光系數(shù)的增強(qiáng)和低的啁啾聲，被認(rèn)為是當(dāng)前最重要的方法。由于消除了兩個光纖引出端且類似的在兩器件都需要制作的制造過程中，很誘人的是將用于提供連續(xù)波長光束的激光器10結(jié)合在用作干涉儀12、14的同一塊芯片26上。
很重要的是，集成的持續(xù)波源應(yīng)當(dāng)對在干涉儀12、14中由半導(dǎo)體光學(xué)放大器16、18放大的背反射不敏感。為了實(shí)現(xiàn)這一要求，由于激光器反射鏡固有的隔離性能，應(yīng)當(dāng)選擇一個DBR激光器10用作持續(xù)光源。該DBR或抽樣光柵分布型布拉格反射鏡(SGDBR)激光器10其額外的優(yōu)點(diǎn)是其具有可電學(xué)調(diào)節(jié)以覆蓋數(shù)個波長信道的能力。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，該器件包括一個耦合在馬赫澤德干涉儀12、14上的SGDBR激光器10，和分別位于每一個支路20和22內(nèi)的對偏振不敏感的半導(dǎo)體光學(xué)放大器16、18。該器件的示意圖在圖1中示出。該激光器10是一個2μm寬嵌入脊條紋(BRS)波導(dǎo)器件，該器件包括四個分立元件。這些分立元件包括兩個抽樣光柵DBR反射鏡和用于增益和相位控制的部分。通過控制注入進(jìn)用于增益和相位控制的部分之內(nèi)的注入電流，可制造這種類型的激光器10以在超過40nm的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)諧且具有連續(xù)的波長范圍。
在前反射鏡部分30的輸出端28處，激光器波導(dǎo)32被耦合進(jìn)一個3dB多模式干涉耦合器34(由于其波長的不敏感分束比率而被選擇)，該耦合器形成馬赫澤德干涉儀12、14的輸入端。來自光纖(未示出)的輸入信號λi被耦合至集成光學(xué)芯片26上的波導(dǎo)36。可使用一個光點(diǎn)直徑轉(zhuǎn)換器126以提高這種耦合的效率。這種幾何結(jié)構(gòu)的一個主要特點(diǎn)在于輸入信號λi在結(jié)合另一個具有來自可調(diào)諧激光器10的持續(xù)波長光束的3dB耦合器40之前，可穿過一個對偏振不敏感的半導(dǎo)體光學(xué)放大器38。因?yàn)槠淇捎米饕环N增益控制元件，所以這個前端半導(dǎo)體光學(xué)放大器38允許在第二級中實(shí)現(xiàn)更寬輸入信號功率范圍內(nèi)的波長轉(zhuǎn)換。
如在共同的懸而未決的美國專利申請中所示的，申請?zhí)枮榈谔枴⒚Q為“Tunable Laser Source with Integrated Optical Modulator”，光學(xué)芯片26的橫截面器件結(jié)構(gòu)包括一厚的窄帶隙波導(dǎo)層，多量子阱有源區(qū)位于其上。對在調(diào)諧部分內(nèi)良好的載波-誘導(dǎo)折射率變化來說，該厚的窄帶隙波導(dǎo)層是必需的。通過選擇性的從波導(dǎo)層的上部去除量子阱來形成不吸收的無源元件。該偏置量子阱的使用允許在單個波導(dǎo)層中形成有源和無源部分同時不必進(jìn)行對接接頭的再生。這就允許該器件可僅僅采用兩個有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)生長步驟來制造。
該單片波長轉(zhuǎn)換器的一個主要優(yōu)點(diǎn)在于它可以使用多個可調(diào)諧激光器10已需要的步驟來進(jìn)行制造，從而使其相對容易的集成在芯片26上。在制造該具有集成SGDBR激光器10的波長轉(zhuǎn)換器的過程中，如圖4a-圖4f所示有八個主要步驟。在如圖4a中所示的第一步中，使用具有用于組V源的叔丁基膦(tertiarybutlyphosphine)和叔丁基砷化三氫(tertiarybutylarsine)的有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積來形成一個基座結(jié)構(gòu)，一般用參考標(biāo)記100來表示。在示出的實(shí)施例中，摻有InP的一個0.16μm鋅覆蓋層102位于一個拉緊的多量子阱有源區(qū)104上。一薄的摻InP的100厚硅層106位于多量子阱有源區(qū)104和0.35μm的InGaAsP主波導(dǎo)或?qū)?08之間，該層108的特征在于一個帶隙，Eg＝0.885eV。在InGaAsP波導(dǎo)108之下是一摻有InP的硅層110。兩個0.10μm的InGaAsP波導(dǎo)或?qū)?12和114夾在0.5μm摻有InP的硅層116中間，其特征在于一個帶隙，Eg＝1.127eV。最后，有一個構(gòu)成基部的InP襯底或?qū)?18。
如圖4b所示，選擇性的刻蝕覆蓋層然后刻蝕量子阱層104來形成芯片26波導(dǎo)層108中的無源部分。圖4b的截面圖是沿光傳播方向的。如圖4b所示，使用干刻加工在激光器10中形成光柵以用作激光器反射鏡。區(qū)域120是制造有源器件的部位，而區(qū)域122是制造無源器件的部位。如圖4c所示，區(qū)域120和122被一厚的InP的MOVCD再生層124所覆蓋。
也可通過進(jìn)行有限擴(kuò)散刻蝕以使波導(dǎo)層108在將在其中形成激光器平面的這些區(qū)域前的厚度成錐形，在該點(diǎn)向波導(dǎo)層108中集成一個光點(diǎn)直徑轉(zhuǎn)換器126，如圖4d中所示。
通過開一窗口以穿過覆蓋層108和量子阱層104，接著形成DBR反射鏡。如圖4e中所示，通過在甲烷-氫-氬(MHA)中選擇性的進(jìn)行活性離子刻蝕接著在芯片26的波導(dǎo)層108中形成一個光柵結(jié)構(gòu)128。
在甲烷-氫-氬(MHA)中使用活性離子刻蝕在結(jié)構(gòu)100、有源區(qū)120、光柵部分128、無源區(qū)122或光點(diǎn)直徑轉(zhuǎn)換器126中形成一脊，其橫截面垂直于光傳播方向，如圖4f(1)-圖4f(4)中所示，分別參看如圖4e所示的橫截線1-1至4-4。溫浸(BrMethanol)可用來從活性離子刻蝕(RIE)中除去損壞了的層。在如圖4g所示的另一種MOCVD步驟中，一個3-4μm的p-InP上包層130和一個100nm的InGaAs接觸層132被再生以產(chǎn)生圖4g中沿徑向所示或沿光傳播方向的平面所示的結(jié)構(gòu)。
相鄰的激光器10部分之間的隔離和半導(dǎo)體光學(xué)放大器16、18、38之間的隔離可通過添加一接觸層133并刻蝕InGaAs層132且進(jìn)行深度質(zhì)子(H+)注入134來獲得，如圖4h中所示。該質(zhì)子注入也可用于限制寄生p-n InP連接136的區(qū)域大小，如圖4i(1)所示，其包圍該嵌入的脊條紋138且通過在這些區(qū)域140內(nèi)補(bǔ)償受主原子從而降低了無源波導(dǎo)區(qū)122的損失。有源區(qū)120、光柵部分128、無源區(qū)122和光點(diǎn)直徑轉(zhuǎn)換器126沿垂直于光傳播方向的界面橫截面?zhèn)纫晥D在圖4i(1)-圖4i(4)中示出，分別參看圖4h中的橫截線1-1至4-4。在最后的步驟中，該樣品被重疊至100pm厚，且在裂開和裝配之前沉積一后部接觸面(未示出)。
與固定的波長轉(zhuǎn)換器相比，可調(diào)諧的波長轉(zhuǎn)換器11、12、14存在著數(shù)個額外的考慮。比較重要的是要濾出原始的信號和從轉(zhuǎn)換了的波長自發(fā)發(fā)射的放大了的信號，該轉(zhuǎn)換了的波長存在于該器件的輸出端處。在固定的波長轉(zhuǎn)換器中，可很容易地對濾波器進(jìn)行限定以傳遞僅僅是全新波長的信號。在可調(diào)諧器件中，輸出波長可發(fā)生變化，從而可在輸出端24處使用一個梳狀濾波器來僅僅傳遞所需波長。不幸的是，原始信號也會通過該梳狀濾波器，從而還需額外的一個濾波器來阻止該原始波長。這就限制了可調(diào)諧波長轉(zhuǎn)換器11的靈活性，使其不能再轉(zhuǎn)換和輸入波長相同的波長，從而該濾波器就需要專門用于一給定的輸入波長。
在圖2中示出了一種更加靈活的實(shí)施方法，其中在兩級中來實(shí)現(xiàn)波長的轉(zhuǎn)換。圖2和圖3示出了作為集成器件和非晶片型部件的一種組合物的器件，但本發(fā)明的范圍清楚地表達(dá)了圖2中所有的部件都可同時使用上述的步驟集成制造在芯片26上。圖3描述了一種完全集成器件的優(yōu)選實(shí)施例。該第一級將信號轉(zhuǎn)換為一個帶寬輸出波長，其使用分布式反饋激光器48采用交叉增益調(diào)制波長轉(zhuǎn)換技術(shù)在該可調(diào)諧波長轉(zhuǎn)換器11中通過交叉相位的調(diào)制來講其轉(zhuǎn)換為所需的波長。這種實(shí)施方法有幾個優(yōu)點(diǎn)。與單級交叉相位調(diào)制轉(zhuǎn)換相比，其可用輸入信號的功率范圍明顯地增大，同時在第一波長轉(zhuǎn)換過程中中間波長的輸出功率也可進(jìn)行控制。使用僅僅一個陷波濾波器44和一個梳狀濾波器22，如圖2所示，任何波長的信道都可轉(zhuǎn)換為任何其它的波長信道而不需調(diào)節(jié)濾波器42和44。轉(zhuǎn)換為一個固定的內(nèi)部波長也允許對任一輸入波長λi選擇僅僅一種波長上升或下降轉(zhuǎn)換，同時使該可調(diào)諧的波長轉(zhuǎn)換器達(dá)到最佳以從一特定的波長來進(jìn)行轉(zhuǎn)換而不是不得不接受任一波長。另一個優(yōu)點(diǎn)是在第二級可調(diào)諧波長轉(zhuǎn)換器11中通過在第一級中使用一個偏振不敏感半導(dǎo)體光學(xué)放大器38并在耦合至第二級時保持中間波長的偏振度，從而減緩了對偏振不敏感的需求。不必對偏振不敏感就大大簡化了有源區(qū)的生長且提高了可調(diào)諧激光器的性能。
圖2中這種一般的方法也可在一個單片器件中，通過在一個集成在芯片26上的半導(dǎo)體光學(xué)放大器38其內(nèi)部使用反向傳播交叉增益以進(jìn)行第一級轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)。圖3中示出了這樣一種集成器件設(shè)計(jì)的圖表。在此種情形下，輸入波長以與中間波長和輸出波長相反的方向進(jìn)行傳播。這種實(shí)施方法消除了對中間波長濾波器的需求，然而其需要在位于芯片26上所有的半導(dǎo)體光學(xué)放大器16、18、38中對全偏振不敏感。圖2的方框圖中使用了非集成部件，也即不能很容易地進(jìn)行單片集成的濾波器。圖3是一個類似于圖2中所示光學(xué)回路的單片模型。如果想如圖3的方框圖來描述其操作，除了輸入信號λi被注入在SOA 38之后外，其被送至SOA 38(即，沿圖2箭頭相反的方向)，在圖2中已示出。在圖3的集成情形下，因?yàn)檩斎胄盘柌槐刈柚沟竭_(dá)可調(diào)諧波長轉(zhuǎn)換器級11，所以就不再需要1510nm的通過濾波器44。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可作出多種改變和改進(jìn)。因此必須理解，圖示實(shí)施例的說明僅僅是為了實(shí)例的目的，且本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)有所附權(quán)利要求來進(jìn)行限制。例如，盡管事實(shí)上一個權(quán)利要求的元件是在一特定組合下進(jìn)行說明的，但必須清楚地明白本發(fā)明包括了其它更少、更多或不同的元件，其在上述內(nèi)容中得到披露即使在這些組合中起初未要求。
應(yīng)當(dāng)理解，在本說明書中用于描述本發(fā)明和其各種實(shí)施例的用語不僅有其通常定義的含義，而且包含了本說明書結(jié)構(gòu)、材料或動作中超出其通常含義的特定含義。因此，如果本說明書中的一個元件可理解包括了不止一種意思的話，則就必須理解，其在中的使用是由說明書和其自身書面意義所包含的所有可能的含義。
因此，在本說明書中確定的下面權(quán)利要求中的詞語或元件的定義不僅包括了字面所闡述的元件的組合，而且也包括了所有等同的結(jié)構(gòu)、材料或動作或相當(dāng)于大體上以相同的方式獲得相同結(jié)果的相同功能。因此，對下面權(quán)利要求中任何的一種元件都可用兩個或多個等同物進(jìn)行替代，或者一個單個的元件可替代權(quán)利要求中兩個或多個元件。雖然上面描述的元件可相當(dāng)于某種組合和即使如權(quán)利要求所述，但是應(yīng)當(dāng)清楚地明白權(quán)利要求組合中的一個或多個元件在一些情況下可從該組合中刪除，且權(quán)利要求的組合可直接變形或變形的變化。
應(yīng)當(dāng)清楚理解，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對權(quán)利要求所作的非本質(zhì)的改變應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是在權(quán)利要求范圍內(nèi)的等同物。因此，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，當(dāng)前或以后明顯的刪減應(yīng)當(dāng)確定是在定義元件的范圍之內(nèi)。
因此，權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)理解包括上面專門圖解和說明的、概念化的等同物、明顯可刪減的、也包括本質(zhì)上結(jié)合本發(fā)明基本原理的一切。
權(quán)利要求
1.一種裝置包括一個半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)；一個制造在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的光學(xué)隔離可調(diào)諧激光器，所述可調(diào)諧激光器具有一個輸出端；以及一個干涉儀，具有一個耦合在所述可調(diào)諧激光器所述輸出端上的輸入端，所述干涉儀和所述可調(diào)諧激光器單片制造在所述半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述可調(diào)諧激光器包括一個分布型布拉格反射鏡激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述分布型布拉格反射鏡激光器包括一個抽樣光柵分布型布拉格反射鏡激光器，從而可電學(xué)調(diào)諧以覆蓋多個波長信道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述干涉儀具有兩個支路且還包括耦合在每一個支路上的一個半導(dǎo)體光學(xué)放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，還包括一個耦合至所述干涉儀的交叉增益半導(dǎo)體光學(xué)放大轉(zhuǎn)換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，耦合在每一個支路上的所述半導(dǎo)體光學(xué)放大器被偏置，從而使所述兩個支路之間的光路長度差是反相的以產(chǎn)生相消干涉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述干涉儀具有一個輸出端，且還包括一個多信道耦合至所述干涉儀所述輸出端的密集波分復(fù)用通信系統(tǒng)，從而所述可調(diào)諧激光器可用于在任何兩個所述多信道之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述半導(dǎo)體光學(xué)放大器是對偏振不敏感的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述激光器是一個嵌入式脊條紋波導(dǎo)激光器，這為制造半導(dǎo)體激光器的一種具體方法，但也可由其它方法制造。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述嵌入式脊條紋波導(dǎo)激光器包括兩個抽樣光柵DBR反射鏡、一個增益部分和一個相位部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述干涉儀具有一個輸入端且還包括一個多模式干涉耦合器，其特征在于一個波長不敏感分束比耦合至所述干涉儀所述輸入端。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，還包括一個具有一個耦合輸入信號λi的輸入端且對偏振不敏感的半導(dǎo)體光學(xué)放大器，和一個耦合器，所述對偏振不敏感的半導(dǎo)體光學(xué)放大器具有一個耦合至所述耦合器的輸出端，所述可調(diào)諧激光器的所述輸出端耦合在所述耦合器上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述對偏振不敏感的半導(dǎo)體光學(xué)放大器被用于作為一種對位于所述干涉儀中的所述半導(dǎo)體光學(xué)放大器進(jìn)行控制的增益控制器，以允許在輸入信號功率更大的范圍內(nèi)進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)襯底包括一個窄帶隙波導(dǎo)層和位于所述窄帶隙波導(dǎo)層之上的更薄多量子阱有源區(qū)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)襯底具有非吸收性無源元件，其通過選擇性的將所述波導(dǎo)層上的所述量子阱區(qū)域移除以在所述波導(dǎo)層中形成有源區(qū)和無源區(qū)，同時不必進(jìn)行對接接頭的再生長，也可做對接接頭且獲得相同的效果(例如波導(dǎo)層中的有源區(qū)和無源區(qū))。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，一個輸入信號λi耦合在其中，且還包括一個具有一輸出端的分布型反饋激光器，以調(diào)制所述輸入信號λi；一個具有一耦合所述輸入信號λi的輸出端和一耦合至所述分布型反饋激光器所述輸出端的輸入端的半導(dǎo)體光學(xué)放大器；一個陷波濾波器，具有一輸出端和一耦合至所述半導(dǎo)體光學(xué)放大器所述輸出端的輸入端；一個所述干涉儀的輸出端；一個所述干涉儀的輸入端，耦合至所述陷波濾波器所述輸出端上；從而通過交叉相位調(diào)制所述輸入信號λI被轉(zhuǎn)換為所需的波長；以及一個梳狀濾波器，具有一個耦合至所述干涉儀所述輸出端的輸入端。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，具有一個輸出端和一個耦合至所述輸入信號λI的輸入端的所述半導(dǎo)體光學(xué)放大器是對偏振不敏感的，且所述干涉儀是在一中間波長的固定偏振態(tài)進(jìn)行操作。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，輸入信號λi耦合在其中，且還包括一個具有一輸出端的分布型反饋激光器，以調(diào)制所述輸入信號λI；一個具有一耦合至所述輸入信號λI的輸出端和一耦合至所述分布型反饋激光器所述輸出端的輸入端的半導(dǎo)體光學(xué)放大器；一個陷波濾波器，具有一輸出端和一耦合至所述半導(dǎo)體光學(xué)放大器所述輸出端上的輸入端；一個所述干涉儀的輸出端；一個所述干涉儀的輸入端，耦合至所述陷波濾波器所述輸出端上；從而通過反向傳播交叉增益調(diào)制所述輸入信號λI被轉(zhuǎn)換為所需的波長；以及一個梳狀濾波器，具有一個耦合至所述干涉儀所述輸出端上的輸入端。
19.一種制造集成光學(xué)器件的方法包括提供一基座結(jié)構(gòu)，包括一覆蓋層、一位于所述覆蓋層之下的多量子阱層、一位于所述多量子阱層之下的第一波導(dǎo)層、和一位于所述第一波導(dǎo)層之下的異質(zhì)結(jié)構(gòu)波導(dǎo)層；選擇性的移除所述覆蓋層和多量子阱層以確定一個無源部分；在所述無源部分上再生一個MOCVD層且保持所述基座結(jié)構(gòu)的部分；以及選擇性的在所述MOCVD層、所述無源部分和所述基座結(jié)構(gòu)剩余部分內(nèi)形成光學(xué)結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，選擇性的在所述MOCVD層、所述無源部分和所述基座結(jié)構(gòu)剩余部分內(nèi)形成光學(xué)結(jié)構(gòu)這一步驟包括在所述基座結(jié)構(gòu)的所述剩余部分中形成一個有源光學(xué)器件。
21.據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，在所述基座結(jié)構(gòu)的所述剩余部分中形成一個有源光學(xué)器件形成了一個激光器。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，選擇性的在所述MOCVD層、所述無源部分和所述基座結(jié)構(gòu)剩余部分內(nèi)形成光學(xué)結(jié)構(gòu)，這一步驟包括在所述基座結(jié)構(gòu)的所述剩余部分中形成一個光柵。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，選擇性的在所述MOCVD層、所述無源部分和所述基座結(jié)構(gòu)剩余部分內(nèi)形成光學(xué)結(jié)構(gòu)，這一步驟包括在所述無源部分中形成一個無源光學(xué)器件。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，選擇性的在所述MOCVD層、所述無源部分和所述基座結(jié)構(gòu)剩余部分內(nèi)形成光學(xué)結(jié)構(gòu)，這一步驟包括在所述無源部分中形成一個光點(diǎn)直徑轉(zhuǎn)換器。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，選擇性的在所述MOCVD層、所述無源部分和所述基座結(jié)構(gòu)剩余部分內(nèi)形成光學(xué)結(jié)構(gòu)，這一步驟包括在所述基座結(jié)構(gòu)的所述剩余部分內(nèi)形成一個可調(diào)諧的激光器和至少兩個半導(dǎo)體光學(xué)放大器，在所述無源部分中形成一個干涉儀，將一個波導(dǎo)電路耦合至所述激光器，至少兩個半導(dǎo)體光學(xué)放大器，以及接入光學(xué)電路的干涉儀，以形成一個至少部分集成的可調(diào)諧波長轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
一個半導(dǎo)體可調(diào)諧激光器(10)和耦合在該可調(diào)諧激光器(10)上的一個干涉儀(12)單片制造在一個半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)。該激光器也包括一個嵌入式脊條紋波導(dǎo)激光器。該干涉儀(12)在每一個支路內(nèi)都耦合有一個半導(dǎo)體光學(xué)放大器(38)。一個交叉增益半導(dǎo)體光學(xué)放大轉(zhuǎn)換器耦合至該干涉儀(12)上。耦合至每一個支路上的該半導(dǎo)體光學(xué)放大器(38)被偏置,從而使該兩個支路之間的光路長度差是反相的,以消除相消干擾。該可調(diào)諧激光器(10)的輸出端耦合在一個耦合器上。一個半導(dǎo)體光學(xué)放大器(38)被用來作為干涉儀(12)中半導(dǎo)體光學(xué)放大器的一種增益控制器,以允許輸入信號功率在更寬范圍內(nèi)進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換。該異質(zhì)結(jié)構(gòu)襯底包括一個窄帶隙波導(dǎo)層和位于該窄帶隙波導(dǎo)層之上的更薄多量子阱有源部分。該異質(zhì)結(jié)構(gòu)襯底具有非吸收性無源元件,其通過選擇性的在該波導(dǎo)層上移除該量子阱層區(qū)域以在其中形成,以允許在該波導(dǎo)層中形成有源部分和無源部分,而不需進(jìn)行對接接頭再生。本發(fā)明其特征也在于在異質(zhì)結(jié)構(gòu)襯底中制造一種如上披露的集成光學(xué)器件的方法。
文檔編號H01S5/026GK1376326SQ00813401
公開日2002年10月23日 申請日期2000年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月28日
發(fā)明者托馬斯·戈登·貝克·梅森, 格雷戈里·A·菲施, 丹尼爾·J·布盧門塔爾 申請人:加利福尼亞大學(xué)董事會