器和调制器的概要例示，示出了 U激光器中的TIR反射镜U弯；
[0026]图8A是根据本发明的另一个实施例，图3中示出的可调节U激光器和调制器的概要例示，示出了作为U激光器的可调节谐振环形激光器；
[0027]图8B是根据本发明的另一个实施例，图3中示出的可调节U激光器和调制器的概要例示，示出了作为U激光器的Y激光器；
[0028]图8C是根据本发明的另一个实施例，图3中示出的可调节U激光器和调制器的概要例示，示出了作为U激光器的两个单独的振幅和相位锁定可调节激光器；
[0029]图9是根据本发明的另一个实施例，用于制作可调节U激光器的掩模布局的概要例示；
[0030]图10A是用作图7中示出的U激光器中的U转弯的一组TIR反射镜的放大的图像；
[0031]图10B是如图7中示出的实施例所例示的制造的低损耗TIR反射镜的扫描电子显微图像；
[0032]图10C是如图7中示出的实施例所例示的制造的U激光器的图像；
[0033]图11A是如图5和图6中示出的实施例所例示的，制造的低损耗180度弯深度蚀刻的过渡为脊形波导的波导U弯；
[0034]图11B是制造的U激光器的图像，示出了弯曲的波导U弯和波导的过渡区；
[0035]图12A是来自U激光器输出的测量的输出光发射光谱的曲线，示出了作为波长的函数的功率，示出了来自根据本发明的U激光器的主峰和高的作为结果的边模抑制；
[0036]图12B是U激光器反射镜的示例波长调节的曲线，示出了对于不同反射镜调节电流在各种波长处的激光器输出；
[0037]图13是示出了测量的反射光谱的曲线，所述测量的反射光谱作为使用连接到反射镜的输出增大器放大器测量的U激光器的多个反射镜之一的温度的函数，其中另一个反射镜臂被关闭且光谱分析器连接到调制器输出；
[0038]图14A和图14B是根据本发明的另一个实施例，基于连接到嵌入的光学数据调制器的U激光器的相干的可调节发射器的不同实施例的概要例示；
[0039]图15是根据本发明的另一个实施例，双输出平衡的可宽泛调节的相干的光学数据发射器的概要例示，包括可调节U激光器和相干的嵌入调制器；
[0040]图16是根据本发明的另一个实施例，可宽泛调节的相干的光学数据发射器的概要例示，包括可调节U激光器和相干的嵌入调制器；
【具体实施方式】
[0041 ] 将参照附图对实施本发明的各种特征的实施例的方法和设备进行说明。提供所述附图和相关的说明以例示本发明的实施例而不是限制本发明的范围。说明书中对“一个实施例”或“实施例”的参考旨在表示与实施例相连地描述的特定的特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。词组“一个实施例”或“实施例”在说明书中各处的出现不是必须全部指的是相同的实施例。
[0042]能使可宽泛调节的光学发射器能够产生具有简单的强度调制或高级的调制格式的光学信号的系统和方法将对光学通信系统和网络是有益的。此处描述的示例实施例具有几个特征，其中没有一个是对其希望的属性不可缺少的或者唯一有责任的。在不限制权利要求的范围的情况下，现在将总结一些有优势的特征。
[0043]此处描述的U激光器、光学数据调制器及二者和另外的其它控制和监测元件的结合以形成集成的光学发射器的各种实施例包括用于集成的共同衬底，例如但不限于II1-V复合材料半导体、利用硅或硅和II1-V材料的结合的硅光子学平台或者利用玻璃和氮化硅的其它共同的衬底平台。包括II1-V材料(诸如磷化铟)以及一个或多个外延层(例如InP、InGaAs、InGaAsP、InAlGaAs等等)的各种实施例包括形成在外延结构中的共同衬底上的U激光器以及包括多个臂或分支和形成在共同衬底上的至少两个电极的一个或多个调制器结构。一个或多个调制器结构可以被配置为调制从U激光器的输出发射的光辐射的强度、振幅、相位或振幅和相位二者。在各种实施例中，例如马赫-曾德尔调制器(MZM)，调制器结构可以根据光学干涉的原理调制光。在一些实施例中，调制器结构可以位于激光腔的外部并且光学地连接到激光器光学发射输出。在各种实施例中，光学发射器的各种组件(诸如波导、光子组件、分割器等等)可以形成在相同的外延结构中，作为形成有激光器和调制器的外延结构中。在一些实施例中，光学发射器的组件(诸如波导、块光子组件、光学隔离器、检测器、分割器、波长锁定器、功率监测器等等)可以形成在不同于形成有激光器的外延结构一个或多个外延结构中，或者使用连接到单片集成在共同衬底上的激光器和调制器的多个块光学元件。
[0044]如在本公开中使用的，除了上下文另有所需之处，术语“包括”和所述术语的变化，诸如“具有”、“包括”和“包含”不旨在排除其它添加物、组件、整数或步骤。
[0045]在下列描述中，给出具体细节以提供对实施例的彻底理解。然而，本领域一般技术人员应理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。已知的电路、结构和技术可以不详细地示出，目的在于不使实施例模糊不清。例如，电路可以按照框图的方式示出，目的在于不以不必要的细节使实施例模糊不清。
[0046]在下列实施例中，根据本发明给出具体细节，其为U激光器和调制器。每个发明可以与其它发明一起使用，而其它调制器和/或激光器也可以用与相应的发明一起使用。此处描述的各种实施例包括紧凑的光学发射器，比起现有技术而言具有减小的管芯尺寸和高宽比，和可能比起现有技术而言的改进的激光器性能、改进的测量、表征和监测激光器的属性的方法、改进的限定制造的激光器的参数的方法、改进的校准可宽泛调节的激光器和调制器和发射器的方法、改进的进行与调制器一起集成到发射器中的可调节激光器的热剔除和可靠性测试、以及改进在制造环境中减少成本和增加产量的方法。
[0047]U激光器
[0048]激光器在本领域是已知的，描述于美国专利号N0.6，628，690和7，633，988中，通过引用完全并入此处。图1示出了所述现有技术的多段单片集成的可调节激光器的示例，其中光从主要反射镜输出导出。各个段按照线性方式布置，其中激光器由可调节后反射镜、增益段、可调节相位段和可调节前反射镜构成，每段通过光学波导连接并且金属电极连接到每段顶部以调节该段。可调节后反射镜被设计为具有高反射率，并且通常通过波导连接到功率监测器，其也吸收来自后反射镜的光以使回到激光器的反射最小化。前反射镜被设计为比后反射镜的反射率低，目的在于从激光器输出抽取最大功率，并且可以通过波导连接到光学放大器并且随后连接到将光传输到调制器或者离开芯片的波导。在将光传输离开芯片的情况下，如图1所示，使用弯曲的波导以使芯片面处的反射最小化并且减少对芯片的光学输出处的防反射涂层的需要。现有技术的其他已知的缺点是，由于只有一个激光器输出光学上可提供到测试仪器，在制造环境中对与前反射镜和后反射镜都相关的光学参数的表征和测量是困难的并且禁止的。例如，测量前反射镜和后反射镜反射光谱相对于期望的涉及要求、对两个反射镜光谱的调节和前反射镜和后反射镜光谱随温度、老化、热剔除(burn-1n)和其它因素(如增益和相位段)的变化的改变的测量对现有技术设备是困难的。
[0049]现在参照图2，示出了现有技术的具有MZM光学调制器的集成的可调节激光器的示例。如图1，可调节激光器的后反射镜被设计为高反射率，并且经由线性波导连接到功率监测器。可调节激光器的前部(主要激光器输出)被设计为较低的反射率，目的在于从激光器传输最大的光到调制器。主要激光器输出经由线性波导连接到光学放大器，而线性波导连接到MZM光学数据调制器的输入。在MZM输入处，使用光学功率分割器来均等地把光分割到MZM的两个臂中。在此第一元件处的均等的光学功率分割对包括高消光比(ER)的优化的调制器操作是关键的。电数据用于将数据加在可调节激光器发射上并且控制调制器的其它方面，经常使用非倒转数据的上臂RF连接和倒转数据(数据_条)的下臂RF连接和单独的DC偏置以将相位和功率调整为相等并且与两个调制器臂对齐。调制器数据和数据_条被用于差分地用电数据驱动调制器，导致整体驱动电压比只驱动调制器的单臂要低。另外，调制器上臂和下臂可以具有独立的电压偏置以优化速度和其它希望的调制器属性。单独的DC偏置控制被用于平衡两个调制器臂中的功率，并且一些设计采用第二相位控制以使功率和相位被单独调整。在电数据调制连接之后，两个调制器臂使用功率合成器(经常是2X2的)结合起来，以产生调制的MZM信号，使用弯曲的波导(未示出)将其引导至芯片输出。次要调制器输出经常被用于监测调制的激光输出功率并且减少返回激光器中的反射。此设计的一个主要劣势是集成的设备长度长，原因在于输入功率分割器、与输入功率分割相关联的s弯、调制器臂和功率合成器的长度。调制器产生高消光比(光开启到光关闭)的能力由制造功率分割器输出中的变化来限制，而所述变化是激光输出波长的函数。MZM输入处的增加的长度和不相等的功率分割比的影响导致集成的发射器(其消耗大的晶片面积，导致在晶片上的设备的数量的减少)、高消光比的发射器(其导致增加的破损和减少的产量)和减少的调制器性能。也存在光纤链路，需要调制器用负频率啁啾来操作，通过将调制器设计为不对称的在半导体调制器中来达成，其中一个臂比另一个比长，目的在于在所述臂之间引入半波长相移。这不对称性通过使一个臂比另一个长或者改变一个臂中的(相对于另一臂的)波导宽度。在两个情况下，这种不对称性在调制器中引入不均匀的功率平衡，导致减小的消光比和其它性能参数的劣化。如图1中的可调节激光器的情况，这些在现有技术中描述的单片集成的激光器和调制器使表征激光器的重要参数(如前反射镜和后反射镜的反射率光谱)难以可制造的方式进行，因为仅一个输出可用而激光器被设计为从前反射镜发射其最大功率。
[0050]现在参照图像3，光学设备100包括单片集成的激光器102(此处也参照为可宽泛调节的U激光器)，具有第一光发射104和第二光发射106，其中单片集成的激光器102的第一光发射104和第二光发射106 二者都与调制器108进行光通信，或者提供其它设备。发射光辐射的激光器输出在宽的波长范围(从大约20nm到大约lOOnm)上是可宽泛调节的。宽的波长范围由△ λ/λ代表，并且被配置为大于比率Δη/η，其中λ代表光学辐射的波长(在此处描述的实施例中λ是1550nm但本发明不局限于此波长带)，△ λ代表激光器输出光辐射的波长的改变，η代表反射镜和相位调节段的折射率，Δ η而代表本实施例中的反射镜调节段中调制的光栅折射率的改变。在下面描述的其它实施例中，η和Δη可以代表其它结构(如谐振环等等)的指数中的改变。这样可宽泛调节的发射器用于目前的电信和数据通信应用中。在单个光子集成电路(PIC)上集成激光器和调制器对各种光纤应用的低建造成本、低功率消耗、高密度光学接口是重要的。
[0051]如图3中所示，具有两个输出光发射104和106的集成的激光器102经由与波导连接的第一波导和第二波导使每个输出发射端口 110、112与第一相位调节段114和第二相位调节段116、第一光学增益段和第二光学增益段120 (其提供对来自两个激光器面104和106的输出光的控制以输入到光学数据调制器，来自两个激光器面104和106的输出光此处被称为光发射或光学输出)和光学数据调制器108 (其适用于连接到激光器面104和106二者)进行通信。调制器108与光学输出和功率监测器124进行通信。如此处使用的，术语U激光器指的是具有两个光学发射或光学输出的单片集成的激光器102 (即集成的双发射激光器102)，然而，如本领域技术人员将理解的以及此