专利名称：为光束提供输出耦合器的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及光学器件，尤其涉及输出耦合器。
背景技术：
对快速有效的光学基础技术的需要随着因特网数据通信量的增速超过电话业务而日益增加，这就推动了对纤维光学通信的需要。在密集波分多路复用(DWDM)系统中经由相同光纤的多光学信道传输给出使用由纤维光学提供的空前容量(信号带宽)的简单方法。通常在所述系统中使用的光学组件包括激光器、WDM发射器和接收器、以及诸如衍射光栅、薄膜滤波器、光纤布拉格(Bragg)光栅、阵列波导光栅和光学上行/下行(add/drop)多路复用器的光学滤波器。
激光器是经由受激发射发光而产生频率范围从红外到紫外的相干光束并可被广泛应用的已知器件。在光学通信或网络应用中，半导体激光器能够用于生成可编码并传输数据或其他信息的光束。
在各附图中以示意性而非限制性的方式说明本发明。
图1是示出了具有在其中光束通过布拉格光栅透射的输出的激光器框图。
图2A是示出了激光腔内光束腔内频谱的图表。
图2B是示出了光束透射通过激光器的布拉格光栅的透射频谱的图表。
图2C是示出了透射通过了激光器的布拉格光栅的所得光束的输出频谱。
图3是示出了具有带两个激光器光束输出的瞬逝输出耦合器的分布式反馈激光器的框图。
图4是根据本发明教示示出了一个具有与反射器相结合的瞬逝输出耦合器实施例的一个激光器实施例的框图。
图5A是根据本发明教示示出了激光腔内一个光束内腔频谱实施例的图表。
图5B是根据本发明教示示出了包括在激光器内的一个与反射器相结合的瞬逝输出耦合器实施例所输出光束的所得输出频谱的图表。
图6是包括光学发射器、光学接收器以及根据本发明实施例的光学器件的一个系统实施例的框图。
具体实施例方式
在此公开了从瞬逝耦合器中输出光束的方法和装置。在随后的描述中将阐明许多特定的细节以提供对本发明的透彻理解。然而对本领域普通技术人员显而易见的是无需这些特定细节也可以实现本发明。在其他的实例中没有详细描述已知的材料或方法以避免淡化本发明的主题。
参考说明，“一个实施例”或“某个实施例”意指包括在本发明至少一个实施例中联系实施例描述的特定特征、结构或性能。于是，出现在说明书各处的短语“在一个实施例中”或“在某个实施例中”无需全部表示同一实施例。此外，还能在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合所述的特定特征、结构或性能。
图1是包括置于反射器105和107之间的增益介质103的外腔(ECL)激光器101。激光腔109被分别位于其相对两端的反射器105和107所限定。操作中，首先使用增益介质103在激光腔109内将电流转换成光。本领域普通技术人员应该认识到，例如可以通过半导体(增益介质)内的电流注入以创建电子-空穴对，使得光通过电子-空穴辐射再结合过程得以产生光的方法来产生激光腔109内的光。此光如图1所示作为从增益介质103中发出的在激光腔109内的光束111。在图1所示的实例中，反射器105作为增益介质103的宽波段分解或高反射性涂覆面示出而反射器107则作为具有布拉格波长的布拉格光栅示出，其中的布拉格波长是至少一部分被反射光束111的波长。于是，光束111被反射部分的波长就与反射器107的布拉格波长基本相等。光束111在反射器105和107之间连续地来回反射从而在激光腔109内出现激光作用或者光受激发射的放大。激光器101的输出则源于透射通过作为激光腔109端镜的反射器107的光。
图1中激光器101配置的一大缺点是用输出反射器107的透射功能修改腔内频谱，而这会引发输出的边模抑制比(SMSR)相较于腔内有所减少。为举例说明，图2A示出了激光腔109内光束111的腔内频谱201的一个实施例，图2B示出了通过反射器107的光束111的透射频谱203的一个实施例，而图2C则示出了从激光器101的反射器107中输出的光束111的输出频谱205的一个实施例。如实例所示，图2A中光束111的激光产生出现在约1550nm处，而图2B的实例则示出了反射器107的布拉格波长约为1550nm。由以上概括可知，当光束111通过反射器107从激光器101中输出时，该光束111的腔内频谱201由反射器107的透射函数修改。于是如图2C的输出频谱205所示，因为光束111对反射器107的单程通过就导致了光束111的SMSR在1550nm处的降低。
图3是DFB激光器301的另一个实例的图示，该实例能够解决上述激光器101的SMSR降低问题。如图3所示，激光器303包括包括置于反射器305和307之间的增益介质303。激光腔309被限定在反射器305和307之间。光束311从激光腔309内的增益介质303中发出并且该光束311的一部分的波长与被反射的反射器35和307的布拉格波长基本相等。光束311在反射器305和307之间持续地来回反射，从而在激光腔309内出现激光产生或者光受激发射的放大。
图3中示出的实例激光器301包括置于激光腔309内的瞬逝耦合器313。在示出的实例中，瞬逝耦合器313是具有响应于光束111的平坦波长或频谱的输出耦合器。这样就能解决图1中SMSR的降低问题。在另一个诸如自由空间激光系统的实例中，可在激光腔内部放置成角板并将来自该激光腔内所置成角板的光反射提供激光器的输出。在所述的这些激光器输出实例中，若诸如瞬逝耦合器313或自由空间激光系统中成角板的光学耦合器具有平坦的波长响应，则输出的SMSR将类似于腔内频谱。然而，这种方法的问题是内腔光束分支总是产生两个输出光束，这就使得光束311的强度或功率被分给了多个输出。
为了举例说明，图3的瞬逝耦合器313包括在图3中示出作为激光腔309的第一光程，以及在图3中示出作为光波导315的第二光程。在示出的实例中，激光腔309与瞬逝耦合器313中的光波导317瞬逝耦合。通过如图3实例所示的激光腔309和光波导315之间的瞬逝耦合，光束311的瞬逝耦合从激光腔309被导入光波导315。在图3的实例中，虚线317示出了位于瞬逝耦合器313中央的对称面。在示出的实例中，在瞬逝耦合器313的对称面处，光束311模式的约一半在激光腔309内而光束311模式的约一半在光波导315内。
如示出的实例所示，在图3中从左向右传播的部分光束311传导至瞬逝耦合器313中的光波导315，并且最终将该部分光束311从光波导315的一端导出。在图3中从右向左传播的部分光束311传导至瞬逝耦合器313中的光波导315，并且最终将该部分光束311从光波导315相对的一端导出。这样，图3的瞬逝耦合器313在光波导315相对的两端就具有两个输出。于是光束311的光功率就被分为两个强度或功率大致只有一半的输出。
图4是根据本发明的教示示出了包括一个瞬逝耦合器413实施例的激光器401的一个实施例。在一个实施例中，激光器401是包括置于反射器405和407之间的增益介质403的ECL激光器。激光腔409被限定在反射器405和407之间。在一个实施例中，激光腔409被限定在置于半导体材料419内的光波导内。在一个实施例中，半导体材料419包括硅，并且可被包括在绝缘体为衬底的硅(silicon-on-insulator)(SOI)晶片的硅外延层内。在这一实施例中，SOI晶片的掩埋氧化物层起到将光约束在激光腔409内的包层的作用。应该认识到在其它实施例中可以使用其他合适的材料用于激光腔409，包括但不限于其他的半导体材料、III-V材料、氧化物、由硅石等制成的光纤或者其他合适的透光材料。在激光腔409包括光纤的实施例中，半导体材料419可代替地包括激光光纤409可放置其中的合适材料。
在示出的实施例中，应该注意到示出的增益介质403与半导体材料419分离。例如，在半导体材料419包括硅的实施例中，增益介质403可以利用例如包括III-V材料(诸如GaAs、InP、InPGaAs或其他合适材料)的独立增益介质二极管。在一个实施例中，增益介质403发出光的波长与增益介质403内使用的材料相关。例如在一个使用GaAs的实施例中，增益介质发出的光具有范围约800nm的波长。在另一个使用InP的实施例中，增益介质发出的光具有范围约1500nm的波长。在又一个实施例中，可配置基于InPGaAs的增益介质发出波长范围在约800nm至约1500nm之间的光。当然提出这些波长仅处于示意性的目的，也可以根据本发明的教示利用其他的波长。
在增益介质403包括二极管的一个典型实施例中，增益介质403的二极管中可以如图4的实例所示包括分解表面以形成用作反射器403的面。在这一实施例中，增益介质403的二极管与半导体材料419对接耦合(butt-coupled)，从而光学耦合增益介质403发出的光是使其可被包括在激光腔409内的光程接收。
在另一个实施例中，增益介质403可以包括在半导体材料419内或直接与其集成。在这一实施例中，根据本发明的教示可以提供带有放置在激光腔409内反射器405和407之间的增益介质403的完全集成单片电路方案。
在操作中，光如图4中的光束411所示从增益介质403射入激光腔409。在图4所示的实施例中，示出的反射器407是放置在激光腔409一端的布拉格光栅。在另一个实施例中，可以认为反射器407是另一种合适类型的反射器，包括但不限于形成反射面的分解表面。在一个实施例中，反射器407具有至少是光束411被反射部分波长的布拉格波长。这样就使得光束411的被反射部分的中央波长与反射器407的布拉格波长基本相等。光束411在反射器405和407之间持续地来回反射，从而在激光腔409内出现在中心波长处的激光或者光受激发射的放大。
在一个实施例中，反射器407是包括沿着激光腔409的光程放置在半导体材料419内的交替区，从而能沿着激光腔409的光程提供有效折射率的周期性或准周期性摄动。例如在一个实施例中，反射器407可以包括具有不同折射率的交替区域。
列出的非详尽实例包括硅、多晶硅、硅-锗、氮氧化硅、氧化物或其他具有可变密度的合适材料的组合，使用这些都可导致沿着限定布拉格光栅的激光腔409的有效折射率的周期性或准周期性摄动。在又一个实施例中，反射器407的布拉格光栅可与光纤直接结合以限定激光腔409的一端。
如上述实施例所示，激光腔401根据本发明的教示还包括激光器401的光束411可从中输出的瞬逝输出耦合器413。在一个实施例中，瞬逝输出耦合器413根据本发明的教示包括与两个瞬逝耦合光程集成的反射器407。在图4所示的实施例中，瞬逝输出耦合器413的两个瞬逝耦合光程包括激光腔409的光程和另一个示出作为放置在半导体材料419内的光波导415的光程。在一个实施例中，光波导415是瞬逝耦合器413的输出。在另一个实施例中，光波导415可以是与激光腔409瞬逝耦合的光纤并与瞬逝输出耦合器413的反射器407集成。
正如描述的实施例所示，反射器407被限定在瞬逝输出耦合器413内的对称面417处的瞬逝输出耦合器413内。在一个实施例中，放置在反射器407布拉格光栅的半导体材料419中的材料交替区延伸通过了激光腔409以及瞬逝耦合器413的瞬逝耦合中的光波导415，从而使得布拉格光栅与瞬逝耦合器413的两个光程都集成。当光束411在图4中沿着激光腔409从左向右传播，光束411的模式就被开始从激光腔409传导通过瞬逝输出耦合器413的瞬逝耦合直至光波导415。在光束411达到瞬逝输出耦合器413对称面417的时刻，约有一半的光束111的模式从激光腔409传导至光波导415。然而通过在瞬逝输出耦合器413对称面417处定义的反射器407，因为光束411由反射器407反射，从而根据本发明的教示能够瞬逝耦合剩下一半的光束模式，或将其从激光腔409导入光波导415。
通过使用上述与激光腔409的光程和光波导415的光程集成的反射器407，就能根据本发明的教示在相同的时间空间反射光束411同时从激光腔409瞬逝耦合至瞬逝耦合器413的光波导415。通过使用在瞬逝输出耦合器413中央的对称面417处限定的反射器407，瞬逝输出耦合器413就能根据本发明的教示被有效地折成两半。通过前述实施例中折成两半的瞬逝输出耦合器413，光束411的反射就能能根据本发明的教示结合从激光腔409至光波导415的光束411的瞬逝耦合而形成。此外根据本发明的教示，来自激光腔409并通过光波导415的光束411输出只有一个。
因此，来自瞬逝耦合器413的光束411的输出未被分为多个输出，并且没有透射通过具有反射或阻碍部分输出光束的透射功能的布拉格光栅。于是根据本发明的教示，从瞬逝输出耦合器413中输出的光束411的输出频谱503就比前述激光器的输出频谱具有更高的强度和功率。
为了举例说明，图5A示出了激光腔409内光束411的腔内频谱501的一个实例而图5B则根据本发明的教示示出了来自瞬逝耦合器413的光波导415的光束411的输出频谱503。如图5A描述的腔内频谱501所示，光束111的激光产生出现在约1550nm处。而如5B所示，来自光波导415的光束411输出频谱503具有强于上述输出频谱205或者被分成多个输出的光束311的输出频谱的功率强度。应该认识到提供这些波长仅出于解释的目的，并且光束411可以根据本发明的教示具有不同的波长。
重新参考图4中描述的实施例，在本发明的一个实施例中可任选地在半导体材料419中包括光学器件421。在一个实施例中，可任选地耦合光学器件421以接收通过光波导415的光束411。在一个实施例中，光学器件421可以包括单片集成至半导体材料419的光子器件。在一个实施例中，可耦合光学器件421用以接收信号423。在一个实施例中，光学器件421可以包括一个或多个光移相器、一个或多个光调制器、一个或多个光开关或其他已知合适器件或在可用于操作光束411的在将来出现的技术。例如在一个实施例中，光学器件421是用于响应信号423调整光束411的光调制器。在另一个实施例中，光学器件421不包括在半导体材料内，而是代替地被放置在被光学耦合以接收光束411的分立芯片内。
图6大致示出了带有根据本发明实施例的光学器件并包括光学发射器和光学接收器的一个系统实施例框图。更具体地，图6示出了包括光学发射器的光学系统601，其中的光学发射器示出作为发出由光学接收器607接收的光束611的激光器603。在一个实施例中，激光器603类似于激光器401。在一个实施例中，光学系统601还可包括在激光器503和光学接收器607之间光学耦合的光学器件605。在一个实施例中，光学器件605可以代替图4的光学器件421。在另一个实施例中，光学器件421可用于代替光学器件605。在又一个实施例中，可同时包括光学器件605和光学器件421。在另一个实施例中，可同时不包括光学器件605和光学器件421。
重新参考所示的实施例，激光器603适于发射将由光学器件605接收的光束611。在一个实施例中，光学器件605可响应于信号609调制光束611。在另一个实施例中，光学器件605能够响应于信号609移相光束611。在这一实施例中，光学器件605作为响应于信号609的光学延迟。如示出的实施例中所示，光束611随后被导入光学接收器607。在根据本发明教示的各实施例中，应该认识到公开的光学器件的实施例可以在包括多处理器、电信、网络的各种高带宽应用中使用，还能在正如光学延迟线、开关、调制器、上行/下行等高速光学应用中使用。
在以上的详细说明中，业已参考了本发明的特定实施例对本发明的方法和装置进行了描述。但显而易见的是由此可做出各种修改和变化而不背离本发明的广泛精神和范围。由此应该认为所呈的说明书和附图仅是示意性而非限制性的。
权利要求
1.一种装置，包括第一和第二光程，光束被引导通过所述第一光程；包括所述第一和第二光程的瞬逝耦合器，所述瞬逝耦合器与所述第一和第二光程瞬逝耦合；以及包括在所述瞬逝耦合器内的第一反射器，所述第一反射器与所述第一和第二光程集成，以使在被引导通过所述第一光程的光束在从所述第一光程瞬逝耦合至所述第二光程的同时被所述第一反射器反射。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一反射器被限定在所述瞬逝耦合器中央的对称面处。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一反射器在所述第一光程的第一端，所述装置还包括在所述光程第二端的第二反射器；以及包括被限定在第一和第二反射器之间的增益介质的激光腔。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述瞬逝耦合器输出的所述光束的输出频谱类似于被引导通过所述激光腔的光束的腔内频谱。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一和第二光程以及所述第一反射器都被放置在一半导体材料内。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述增益介质被放置在所述半导体材料内。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述激光腔包括被放置在所述半导体材料中的第一光波导，而所述第二光程被包括在放置于所述半导体材料内的第二光波导中。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括单片集成在所述半导体衬底中并被光学耦合以接收来自所述第二光波导的光束的光子器件。
9.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一和第二光程包括光纤。
10.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述半导体材料包括硅。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一反射器包括包含在所述瞬逝耦合器内并与所述第一和第二光程集成的布拉格光栅。
12.一种方法，包括沿着第一光程引导光束；使用放置在所述第一光程内的第一反射器反射所述光束；以及瞬逝耦合所述光束并将所述光束从所述第一光程反射进第二光程，所述第一反射器与包括所述第一和第二光程的瞬逝耦合器相集成。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，反射所述光束包括在所述瞬逝耦合器中央的对称面处使用所述第一反射器来反射所述光束。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括从包括在所述第一光程内的增益介质中激励所述光束的发射；以及在被限定在第一和第二反射器之间的激光腔内的第一和第二反射器之间反射所述光束，以在所述激光腔内进一步激励所述光束的发射。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一反射器包括具有布拉格波长的布拉格光栅，其中在所述第一和第二反射器之间被反射的光束的中心波长与所述布拉格光栅的布拉格波长基本相等。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，瞬逝耦合所述光束并将所述光束从所述第一光程反射进第二光程包括将从所述激光腔中输出的光束引导入所述瞬逝耦合器的光学输出。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括将由所述第一反射器反射的所述光束从所述瞬逝耦合器的输出引导入被放置在半导体材料内的光学器件，其中所述瞬逝耦合器包括所述第一和第二光程，并且所述第一反射器也被放置在所述半导体材料中。
18.一种系统，包括激光器，所述激光器具有包括被限定在第一和第二反射器之间的增益介质的激光腔以及与所述激光腔光学耦合的瞬逝输出耦合器，所述瞬逝输出耦合器包括所述第一反射器，所述第一反射器与所述激光腔和所述瞬逝输出耦合器的输出集成，以使激光腔内的光束在被瞬逝耦合至所述瞬逝耦合器的输出的同时，从所述第一反射器反射；以及被光学耦合以接收由所述瞬逝耦合器输出的光束的光学接收器。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第一反射器包括布拉格光栅。
20.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第一反射器被限定在所述瞬逝耦合器中央的对称面处。
21.如权利要求18所述的系统，其特征在于，包括所述第一反射器的所述瞬逝耦合器被放置在半导体材料内。
22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，还包括在所述瞬逝耦合器的输出和所述光学接收器之间被光学耦合的光学器件。
23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述光学器件被放置在所述半导体材料内。
24.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述光学器件包括适用于响应于一信号来调制所述光束的光调制器。
25.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述激光器包括外腔激光器(ECL)。
26.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述半导体材料包括硅。
全文摘要
一种光学输出耦合器具有与瞬逝耦合器结合的反射器。在本发明的一个方面，根据本发明一个实施例的装置包括第一和第二光程。光束被引导通过所述第一光程。该装置还包括瞬逝耦合器，所述瞬逝耦合器与所述第一和第二光程瞬逝耦合。该装置还包括在所述瞬逝耦合器内并与所述第一和第二光程相结合的反射器。在将所述光束同时从所述第一光程瞬逝耦合至所述第二光程的情况下，被引导通过所述第一光程的所述光束能够被所述反射器反射。
文档编号H01S5/12GK1930505SQ200580006973
公开日2007年3月14日 申请日期2005年3月24日 优先权日2004年3月29日
发明者R·琼斯 申请人:英特尔公司