在参照图11A和11B，示出了如图5和图6中示出的实施例中所例示的激光器的图像。图11A示出了制造的U激光器，用作180度光弯曲段134。图11B是示出了波导的过渡区和制造的光弯曲段134的图像。根据图11A和11B中示出的实施例，波导可以被深度蚀刻或者其它蚀刻以制造激光器，其要求U转弯应具有低损失(在3dB之下和优选在2dB之下)，使得增益段可以用低电流运行，而激光器展现了低的阈值电流(优选在30mA或者20mA之下)和来自发射端口或发射面二者的高的光学输出功率，在所有调节长上整体大于5dBm到lOdBm。如图11A所示，激光器110是脊形蚀刻的，以形成波导110、112，U用深度蚀刻的波导制作。然而，如本领域技术人员将理解的，激光器102可以全部或部分用波导的深度蚀刻或者其它制造方法来制造。图11B示出了完成的制造的发射器，基于深度蚀刻的弯曲的波导U转弯，具有在PIC左手侧的U激光器。
[0087]U激光器可以与下面公开的调制器一起使用，或者用其它任何本领域已知的调制器。
[0088]调制器
[0089]调制器是本领域已知的，如美国专利号6628690和7633988，通过引用完全并入此处。
[0090]本发明提供一种设备、装置和方法，以提供集成的方案，在光纤上使用可宽泛调节的半导体激光器传输数据，其中发射波长通过编程激光器和集成的数据调制器来决定，数据调制器的功能是使用干涉的马赫-曾德尔调制器对激光器的输出波长上的数据的调制，马赫-曾德尔调制器其本身可以使用测试和校准数据来编程，与控制电路和查找逻辑(如FPGA)协调以支持可调节波长传输以及希望的传输调制特性，其随着波长以及环境的和操作的条件和老化而改变。
[0091]图5到图8以及图14到图16示出了根据本发明的各种版本的调制器。新的调制器设计是部分基于现有技术MZM设计，消除了现有设计的第一部分，主要是输入分割器和通常与MZM或其它干涉仪结构相关联的s弯波导。现在参照图5到图8，调制器包括两个直接连接到U激光器的两个光学发射面的两个输入，使用直的波导，或者其它具有两个面的激光器结构，在相同的方向上要么可由激光器设计要么可使用上文解释的波导转弯技术利用(例如TIR反射镜或波导弯曲)。两个调制器臂用作直接的输入，并且可以包含一个或多个下列元件:光学放大器、光学隔离器、光学功率监测器、光学DC相位控制段、光学RF调制段(成块的或分布的或行波)。两个到MZM的输入的波导用具有带隙(其理想情况下大于要调制的光)的材料制造。在半导体发射器的情况下，这通过使用外延地生长的材料结构(包含以恰当的带隙设计的波导层)来达成，或者使用技术(如量子阱混杂，以移位带边缘)被制作为透明的层。输入波导理想地应具有强电光效应，换言之，折射率应随着施加的电场或电流而剧烈变化，目的在于保持调制器臂和调制电极尽可能地短。这是关键的设计考虑，用于为高速调制而保持低电容和低电阻，用于以高强度相位调制将吸收保持为尽可能地低，并且确保希望的物理效应为零啁啾或者负的啁啾传输(部署最多的光纤的优选的啁啾参数)而采用。
[0092]根据本发明的调制器优选地消除用在现有技术中的调制器的功率分割部分。根据本发明的调制器具有多个优势，因为通过消除功率分割器减少了折衷。功率不平衡、制造公差和其它由于功率分割器不完美和操作条件(如环境和温度改变)导致性能劣化的因素在本发明的设备中大量减少，使本发明的设备更加强健。消除第一功率分割器也允许干涉仪中的每个臂通过物理地将激光器反射镜子放置在关于MZM元件的优化的位置处来调整。应注意，MZM调制器的长度比使用输入分割器的现有技术短得多，而消除通常与使用输入分割器相关联的弯曲损失以及由现有技术中使用的分割器后弯曲和波导长度招致的额外损失，全部导致显著减少的整体调制器损失和更高的发射器输出功率。优选的现有技术配置(其使用不对称的MZM设计)导致损失的增加，原因在于s弯或其它用于使一个调制器臂长于另一个调制器臂的元件。其它使调制器不平衡的技术产生某些优选的性能特性(如负的啁啾)，并且导致其它特性的劣化。本发明大大减少了这些折衷。
[0093]对于某些应用而言，特别新的高速应用(如100Gbps、200Gbps、400Gbps和800Gbps以及)更快的相干通信是增加每个发射器的能力并且改进光谱效率和收发器和发射器。相干的通信需要信号的传输，其中相位、振幅或者二者都在发射器处被调制。因为这些高速相干发射器的成本相对高，使用可调节激光器通过提供较少的部件和更简单的备用和置换以及通过波长控制的实时网络配置对保持整体部署和操作和维护成本下降是关键的。
[0094]现在参照图14和图14B，光学设备包括单片可宽泛调节集成激光器，具有第一光学发射端口和第二光学发射端口，其已被设计为发射大约相等的功率，其中第一光学发射端口与第一相干调制器进行通信，而第二光学发射端口与第二相干调制器进行通信。第一调制器和第二调制器分别与发射器第一输出和第二输出(输出1和输出2)通信。调制器经由采用转弯元件(如TIR反射镜)以平衡路径长度和激光器输出发射端口和每个调制器之间的损失的波导连接。另外，增益元件可以放置在激光器发射端口和调制器之间以平衡功率。为了增加发射器输出的能力，一个途径是结合到从相同的可调节激光器进入光纤的独立调制的偏振。这可以在集成的芯片上使用偏振分割器、合成器和旋转器完成，并且与本发明兼容。或者如图14A和图14B所示，另一个实施例是使用外部的块光学组件，以校准相同的偏振中的两个单独的调制数据输出，然后使用透镜校准光与一个端口上的外部的偏振旋转以创建一个输出(为TE)和第二输出(STM)偏振光，接着是偏振束合成器和将合成光聚焦到光纤中的透镜。图14A和图14B中所示的实施例示出嵌入的马赫-曾德尔调制器，其允许在振幅和相位二者方面调制光学信号以及在每个臂内设置两个MZM调制器以允许每个比特周期的两个系列相位/振幅点之间的调制。使用2 X 2多模式干涉耦合器作为功率合成器和分割器具有增加的优势，提供在相干的嵌入MZM调制器中要求的必要的31相移。按照这样的方式，例如，每个调制器可以以25Gbps运行，导致每个嵌入的调制器50Gbps，而使用两个偏振状态产生lOOGbps。如图14A和图14B中所示，输出波导分隔得足够开以容纳与一个或两个输出的外部光学元件(诸如校准透镜、光学隔离器、偏振旋转器、分割器和合成器、波长锁定器和光纤聚焦光学器件等等)的通信。这些块的外部组件占据空间，通常在1_和2_之间的宽度，所以输出处的波导需要分割以容纳这些元件。本发明使这种容纳能不把晶片上的大的芯片区域归入，并且允许具有紧紧折叠的结构的设计。图14A中所示的设备的另一个优势是，其长而且窄，并且使可以位于晶片上的设备的数量最大化。图14B示出了替代实施例，其中U激光器的两个输出发射端口直接连接到两个嵌入的MZM相干数据调制器的输入端口，有效地产生与图14中的实施例描述的操作相同的操作。
[0095]现在参照图15，示出了光学设备，具有相干的嵌入调制器的进一步细节并且，所述调制器连接到双输出平衡激光器并且分别连接到输出1和输出2，如图14A中更高级别处所不ο
[0096]现在参照图16，示出了光学设备的另一个实施例，具有相干的嵌入调制器的进一步细节并且，所述调制器连接到双输出平衡激光器并且分别连接到输出1和输出2，如图14Β中更高级别处所示。
[0097]结合调制器的U激光器
[0098]可调节激光器与ΜΖΜ光学数据调制器和半导体光学放大器在共同的衬底上的集成在本领域是熟知的。已经存在具有马赫-曾德尔调制器和半导体光学放大器的波长可调节激光器的多个实施例。除了可调节激光器与光学数据调制器的单片集成，存在需要被控制的传输的光学数据比特的特性，通常在调制器处，目的在于使用标准的单模式光纤(目前在地下的主要类型的光纤)在大于几百米的传输距离之上以10千兆比特每秒或者更高的速率传输。应是可控制的关键的传输特性包括调制信号光学啁啾、消光比、光学信噪比以及光纤耦合的光学功率。这些参数的控制对成本效率是必要的，确保发射到发射器处的光纤中的光学数据对于所有可调节波长都带有尽可能少的形状畸变、尽可能多的信号和尽可能少的噪声地到达接收端。另外，这些特性的温度依赖性必须被最小化，并且被控制以使操作能在真实环境中进行。
[0099]图10C是完成制造的发射器的图像，所述发射器由TIR镜为基础的U激光器、具有DC偏置和调制数据和数据_条电极的MZM、连接到两个激光器发射输出和两个MZM输入的相位偏置和增益段以及两个波导(一个用于连接到包括光纤的外部光学组件，而另一个具有图7中所例示的功率监测器电极)构成。应注意，MZM调制器的长度比现有技术短得多，其使用输入分割器并且与输入分割器相关联的弯曲损失以及额外的波导长度显著地减少了整体调制器损失。
[0100]为了方便对啁啾和消光比的控制，马赫-曾德尔磷化铟调制器具有多个参数，设计为包括相对于另一个调制器臂的一个调制器臂中的相位补偿，以高的消光比增强负的啁啾特性。干涉仪偏置的优化和其它设备条件是已知的。可宽泛调节的波长“取样光栅分布布腊格氏反射器”激光器的集成也已经被汇报并且具有外部的马赫-曾德尔调制器。
[0101]现在参照图12A，示出了来自完成的具有U激光器的发射器的数据和现实来自激光器输出的主峰。如图12A中所示，来自激光器的多余的峰优于主峰之下的55dB。参照图12B，示出了多种波长处的激光器输出的调制。这图例示了用于超越现有技术(其使用不对称的反射镜反射率)的平衡的可调节反射镜设计对输出激光器质量的改进。
[0102]现在参照图13，示出了作为波长和温度的函数的激光器输出的发射光谱。本发明的一个优势是激光器的任何一个臂可以通过关闭任何一个臂上的增益块来调节，并且可以观察和/或监测来自输出端口的反射。因此，激光器可以按照对单个输出激光器而言非常困难的方式观察和/或监测。本发明的这个优势大大改进了通过监测调制器输出(包括每个反射镜独立的反射镜反射率光谱、对温度和其它芯片上的组件的依赖性、调节特性、与预期设计的偏差和反射镜的老化和可靠性问题)完全表征激光器的光学质量的能力。此技术也允许在单个MZM输出处测量增益。激光器用与调制器输出交界的光学诊断工具对来自可编程的电子系统的调制器的控制提供比起现有技术更有力的和可制造的方式来编程、表征、测试集成的可调节发射器，在现有技术中在生产线中这个功能是更难实现或者由于发射器和激光器设计而不能实现。
[0103]根据本发明的另一个实施例，U激光器配置具有双输入MZM调制器。其它U激光器版本可以静态改变反射镜反射率振幅和/或相位，或者作为长度、反射镜周期、脉冲数和其它反射镜参数、增益段的数量和增益段长度和TIR反射镜设计的函数，这些方面已在公众文献中发表。在可调节反射镜之后的无源段和S0A可以被用于在MZM之前的两臂中平衡功率并且移位相位，并且采用适当的光学隔离器技术使返回激光器的反射最小化。集成平台应使返回激光器的反射最小化，其可以通过每个激光器中的模式的有效指数和随后的波导段配对来实现。
[0104]本发明通过利用用于数据调制的两个激光器输出克服了此限制，通过将两个反射镜都连接到调制器，并且因此所述反射镜可以被设计为更相等，每个反射镜被设计为希望的平衡的输出功率以及SMS和激光器线宽。因此，本发明的另一方面是激光器与光学调制器的集成。
[0105]本发明描述了新的激光器和可调节激光器设计途径，其中可宽泛调节半导体激光器构造为新颖的U形，并且随后作为本发明的另一方面，通过与马赫-曾德尔调制器(连接到多于激光器输出面的一个并且