专利名称：用于外部腔可调激光器的半集成设计的制作方法
技术领域：
本发明的领域一般涉及光学通信系统，更具体但非排他地涉及增强可调激光器以及用于通过半集成设计提供增强调节的激光器装置的方法。
背景技术：
越来越需要用于测试和测量使用、光学组件的波长特征、光纤网络和其它应用的可调激光器。在密集波分复用(DWDM)光纤系统中，多个分开的数据流同时在单个光纤中传播，其中每一数据流由特定信道频率或波长下的激光器的调制输出形成。当前，波长中约0.4纳米或约50GHz的信道分离是可实现的，这允许单条光纤在当前可用光纤和光纤放大器的带宽范围内承载多达128条信道。更大的带宽要求很可能导致将来更小的信道分离。
DWDM系统主要基于与在反馈控制环路中相关的基准校准器一起工作的分布反馈(DFB)激光器，其中该基准校准器限定ITU波长栅格。与各DFB激光器的制造相关联的统计变量导致波长栅格上信道中心波长的某种分布，因此各DFB发送器仅可用于单个信道或较少数量的相邻信道。
已开发了连续可调外部腔激光器以克服各DFB设备的限制。各种激光调节机制已被开发用于提供外部腔波长选择，诸如透射和反射中使用的机械调节光栅。外部腔激光器必须能以可选波长提供稳定的单模输出，同时有效地抑制与腔的增益带宽内的所有其它外部腔模相关联的激光产生。这些目标很难实现，因此需要一种以可选波长提供稳定的单模操作的外部腔激光器。
由于可通过参考以下详细描述同时结合附图来更好地理解本发明，本发明的以上方面和许多附随优点将变得易于理解，其中除非另外指明否则相同的标号贯穿各种示图表示相同的部分。
图1a是根据这里公开的教示和原理可导出的本发明各种实施例的一般化外部腔激光器的示意图。
图1b是示出由Fabry-Perot增益芯片的部分反射的前刻面和反射元件限定的激光腔的示意图。
图2是示出相对于由腔内校准器和信道选择器所限定的透射峰的激光腔的激光产生模式的相对位置的示图。
图3a是示出根据本发明一个实施例的包括集成结构的第一示例性半集成腔外二极管激光腔(ECDL)配置的示意图，该集成结构具有经由倾斜的波导光耦合的增益、相位控制和调制器部分；图3b是示出根据本发明一个实施例的包括集成结构的第二示例性半集成ECDL配置的示意图，该集成结构具有经由弯曲的波导光耦合的增益、相位控制和调制器部分；图3c是示出根据本发明一个实施例的包括集成结构的第三示例性半集成ECDL配置的示意图，该集成结构具有增益、相位控制、反射镜和调制器部分，其中反射镜部分包括被配置为作为部分反射的反射镜运作的啁啾布拉格光栅的一部分倾斜的波导；图3d是示出根据本发明一个实施例的包括集成结构的第四示例性半集成ECDL配置的示意图，该集成结构具有增益和相位控制部分，并实现集成结构外部的共同封装的调制器；图3e是示出根据本发明一个实施例的包括集成结构的第五示例性半集成ECDL配置的示意图，该集成结构具有增益、相位控制和反射镜部分，并实现该集成机构外部的共同封装的调制器；图4a是示出图3a的集成结构的进一步细节的示意图；图4b是示出图3b的集成结构的进一步细节的示意图；图4c是示出图3c的集成结构的进一步细节的示意图；图4d是示出图3d的集成结构的进一步细节的示意图；图4e是示出图3e的集成结构的进一步细节的示意图；图5是示出调制激光腔的光程长度对激光产生模式的频率和激光器输出强度的调制的影响的示图；
图6是示出经调制的激励输入信号和获得的响应输出信号如何可以组合以计算经解调的误差信号的示图；图7是示出图3的半集成ECDL的示意图并包括控制系统元件(出于说明目的，未按其合适取向示出集成结构302A)；图7a是示出图7的半集成ECDL的进一步细节的示意图(出于说明目的，未按其合适取向示出集成结构302A)；图8是用于生成激励信号以驱动相位控制部分产生激光器输出的数字伺服控制系统的示意图，该激光器输出包括检测到并用作波长锁定反馈信号的强度调制；以及图9是包括其中部署了根据本发明实施例的可调ECDL的网络交换机的通信网络的示意图。
具体实施例方式
这里描述了采用半集成设计的激光器装置和用于制造该激光器装置的方法的实施例。在以下描述中，阐述了大量具体细节以提供本发明实施例的透彻理解。但相关领域的熟练技术人员将认识到，本发明可在没有一个或多个具体细节或具有其它方法、组件、材料等的情况下实施。在其它实例中，公知结构、材料或操作未详细示出或描述以避免模糊本发明的各方面。
贯穿说明书对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着联系实施例描述的具体特点、结构、或特征包含在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明各处的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现不必都涉及同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，具体的特点、结构或特征可按任何合适的方式组合。
以下描述的本发明的实施例采用外部腔可调激光器的半集成设计。为更好地理解和评价这些实施例的各方面，现在提供常规外部腔可调激光器的操作和设计的简要讨论。
分立波长可调二极管激光器通常包括半导体增益介质、两个反射器和腔内调节机构。例如，一般地，图1a示出了配置用于光通信的外部腔二极管激光器(ECDL)100的一般化实施例。ECDL100包括含二极管增益芯片102的增益介质。二极管增益芯片102包括Fabry-Perot二极管激光器，它包括部分反射前刻面104和用防反射(AR)涂层涂布以最小化其面处的反射的基本上非反射的后刻面106。任选地，二极管增益芯片102可包括增益介质上的弯波导结构，以实现非反射性后刻面106(未示出)。外部腔元件包括二极管腔内准直透镜108、调节滤光器元件110(例如，校准器111和112)以及反射元件114。一般，反射元件114可包括反射镜、光栅、棱镜或者其它反射器或定向反射器，它们也可代替调节元件110提供调节滤光器功能。也被描述为ECDL腔元件的是通路长度调制元件115。该元件通常包括机械或热传动器或者电光元件，该元件用于调制(振动)激光器腔的光通路长度，以引起扰动，如以下详细描述的该扰动会产生误差信号。
除了ECDL腔元件，这种类型的常规通信激光器采用用于隔离和数据调制的若干输出侧元件。图1a中示出的输出侧元件包括二极管输出准直透镜116、光学隔离器118、光纤聚焦透镜120、光纤引线122、一对耦合透镜124和126、调制器128以及输出光纤段130。
ECDL100的基本操作如下。可控电流I提供到二极管增益芯片102(增益介质)，导致二极管结上的差分电压，这产生了光能(光子)的发射。(如这里的附图中所述的，为方便起见，电流和电压被示为施加于这些结构的顶部和底部。实际上，电流和电压施加于与页平面平行的前后平面上。)所发射的光子在部分反射前刻面104和反射性元件114之间来回传递，它们共同定义了“有效”激光腔的两端部(即，上述两个反射器)，如图1b中的激光腔132所示。当光子来回传递时，产生多个谐振或“激光产生”模式。在激光产生模式下，部分光能(光子)暂时占据外部激光腔，如被表述为光线134的腔内光束所表述的；同时，外部激光腔内的部分光子最终通过部分反射刻面104。
包括通过部分反射前刻面104离开激光腔的光子的光通过二极管输出准直透镜116，它将该光准直成光束136。随后，输出束通过光隔离器118。光隔离器用于防止背反射光向后传入外部激光腔，且通常是可选元件。在光束通过光隔离器后，它通过光纤聚焦透镜120发射入光纤引线122。一般，输出光纤122可包括偏振保持型或单模型，诸如SMF-28。
通过输入电流的适当调制(通常高达2.5GHz的通信率)或者通过输出束的光路径中设置的外部元件的调制(如图1a所示)(用于10GHz和40GHz通信率)，数据能在输出束上被调制以产生光学数据信号。这种信号可根据光通信领域内的公知实施而发射入光纤并在基于光纤的网络上传送，从而提供了很高的带宽通信性能。
图1a示出了外部调制方案的示例。进入光纤引线122的光离开光纤以形成具有与光纤数值孔径相对应的最大角的角锥形。当光通过耦合透镜124时，向调制器128的输入端聚焦。调制器128由调制驱动器138驱动，该驱动器138使得调制器128的透射率基于输入数据流140中定义的逻辑电平被调制。调制器的透射率的调制引起光学输出信号的幅度的调制。这接着可在接收器处进行检测以提取数据流。
ECDL的激光产生模式是腔端部之间的总光程长度(腔光程长度)的函数；即，光通过各种光学元件及它们之间的间隔以及由部分反射前刻面104和反射元件114所定义的腔端部时的光程长度。这包括二极管增益芯片102、二极管腔内准直透镜108、调谐滤光器元件110、加上光学元件之间的光程长度(即，通常是诸如空气的气体的占据ECDL腔的透射介质的光程长度)。更精确地，总光程长度是通过每一光学元件和透射介质的光程乘以该元件或介质的折射系数之和。
如上所述，在某一激光产生模式下，光子以谐振频率在腔端部反射器之间来回传递，该谐振频率是腔光程长度的函数。实际上，在没有调谐滤光器元件的情况下，激光器将以多个频率谐振，产生多模输出信号。纵激光模式在其中往返相位累积为2π的准确倍数的每一频率下出现。为简化，如果将激光腔建模为Fabry-Perot腔，这些频率可通过以下等式确定L=λx2n---(1)]]>其中λ＝波长，L＝腔的光学长度，x是任意整数-1、2、3、...，且n＝介质的折射率。平均频率间隔可从等式(1)导出以获得Δv=c2nL(2)]]>其中v＝c/λ且c是光速。谐振频率的数量通过增益谱的宽度确定。腔谐振频率的相应激光产生模式通常称作“腔模式”，其示例由图2中的腔模式200表述。
半导体激光器增益媒体通常具有较宽的增益谱，因此需要光谱过滤以实现单纵模操作(即，单个波长或频率下的操作)。为以单个频率产生输出，过滤机制可用于基本衰减削弱除与期望频率相对应的激光产生模式以外的所有激光产生模式。如上所述，在一个方案中，图1中示为栅格发生器111和信道选择器112的一对校准器用于该过滤操作。包括作为Fabry-Perot谐振器运作的静态校准器的栅格发生器根据等式(1)和(2)定义多个透射峰(也称作通带)。理想地，在操作期间透射峰保持固定，因此术语“静态”校准器；实际上，有必要使用伺服环路(例如，温度控制环路)以将透射峰维持于期望位置。由于栅格发生器的腔长度小于激光腔的腔长度，栅格发生器的透射峰之间的间隔(以波长计)大于腔模式的。图2示出了与示例性校准器栅格发生器相对应的一组透射峰202。注意，在波形的波峰处，强度(图中相对的)最大，而在波谷处最小。一般，栅格发生器的透射峰的位置和间隔将对应于激光器将用于的通信标准所定义的一组信道频率，诸如图2所示和以上所述的ITU信道和.04纳米(nm)间隔。此外，透射峰间隔对应于栅格发生器的自由光谱区(FSR)。
诸如可调校准器的信道选择器被用于选择激光器输出的激光产生模式。为说明目的，在一个实施例中，信道选择器112可包括宽度大致比用于栅格发生器的校准器小的校准器。在这种情况中，信道选择器的FSR大致大于栅格发生器的FSR；因此使得信道选择器的带通波形变宽，如具有单个透射峰206的信道选择器带通波形204所示的。根据该信道选择技术，通过使信道选择器的单个透射峰(例如，206)与栅格发生器的透射峰之一对准，可选择期望的信道。例如，在图2所示的配置中，选定的信道具有与波长为1550.6nm的激光器输出相对应的频率。
除了以上方案，可实现若干其它信道选择机制，包括旋转衍射光栅；电气调节可调液晶校准器；机械转化楔形校准器(从而调节其有效腔长度)；以及“游标”调谐，其中使用相同手段的相对只有谱带和稍许不同FSR的校准器，且来自校准器所定义的各透射峰中的各对透射峰被对准以按与使用游标卡尺时使用的相类似的方式选择信道。
如上所述，已考虑和/或实现了其它类型的可调激光器设计。除了DFB激光器，还包括分布式布拉格反射器(DBR)激光器。DBR和DFB激光器两者被认为是“集成”激光器，因为所有激光器组件集成于共同组件中。虽然这有利于制造，但集成方案意味着调谐与激光器二极管操作耦合。这导致与ECDL相比时较低的调谐质量。
例如，DFB激光器具有老化问题。更具体地，随着DFB激光器的使用，增益部分的特征随时间变化。该现象称作“老化”。老化导致波长偏移，因为频率基准和活动增益部分耦合在一个芯片内。相反，频率基准(即，滤光器元件)与用于ECDL的增益芯片去耦，提供了随时间的改善的频率稳定性。
DFB激光器上的ECDL的另一优点是光谱特征。ECDL中的激光腔更长将提供很窄的线宽以及很好的侧模抑制比。
DBR激光器非常类似于DFB激光器。主要差异在于DFB激光器具有腔活动区内的栅格，DBR激光器具有含不活动(例如放大)的区域中的栅格的分割腔。虽然这提供了与DFB设计所固有的啁啾效应的某些隔离，但可调DBR激光器的调谐特征仍留有许多期待。
在高度集成的DFB和DBR设计之上的ECDL设计的固有优点在于使ECDL的可调滤光器与增益区去耦，从而可使其非常稳定。结果，与DFB和DBR激光器不同，ECDL可不需要外部波长锁定器。可在基本上没有与诸如激光器二极管电流的其它受控参数的串扰的情况下控制ECDL中的分开的调谐器，且这会导致与典型的完全集成的可调激光器相比更简化的和更稳健的调谐方案。
另一方面，常规ECDL设计中缺乏集成性导致附加部分计算并使得ECDL的制造劳动密集程度和成本更高。此外，现有ECDL设计的相位控制相对于下一代快速调谐激光器的要求来说较缓慢。
在解决以上问题时，以下所述的本发明实施例采用“半集成”设计，它们组合了集成结构的益处同时去耦了调谐和增益功能。因此，半集成设计提供了去耦的ECDL设计中固有的调谐性能而没有常规ECDL设计中的制造复杂性和成本问题。
图3a和3b分别示出了与本发明的示例性实施例相对应的半集成ECDL300A和300B。ECDL300A包括一组ECDL腔元件304和一组输出侧元件306之间光耦合的集成结构302A。类似地，ECDL300B包括一组ECDL腔元件304和一组输出侧元件306之间光耦合的集成结构302B。
一般，该组ECDL腔元件304将大致类似于参考图1a所述的那些。例如，典型的一组ECDL腔元件可包括准直透镜308、调谐滤光器元件310以及反射元件314。以下讨论示例性调谐滤光器的细节。一般，反射元件314可包括反射镜、光栅、棱镜或其它反射器或定向反射器，它们也可代替调谐滤光器元件310提供调谐滤光功能。
半集成ECDL激光器302A和302B的每一个的输出侧元件306类似于涉及隔离功能的以上参考图1a所述的那些。这些包括准直透镜316、光隔离器318、光纤聚焦透镜320和输出光纤322。
图4a和4b分别示出了集成结构302A和302B的进一步细节。这些集成结构的每一个都包括增益部分400、相位控制部分402和调制器部分404。集成结构302A的增益、相位和调制器部分经由波导406A光耦合，同时用于集成结构302B的这些部分经由波导406B光耦合。在集成结构302A中，反射镜408A形成于相位控制部分402和调制器部分404之间。类似地，对于集成结构302B，反射镜408B形成于相位控制部分402和调制器部分404之间。
集成结构302A和302B各自包括非反射性前刻面410和非反射性后刻面412。为使得这些刻面是非反射性的，按类似于以上针对非反射性刻面106所讨论的相类似的方式将合适的防反射涂层414施涂于非反射性刻面410和412的每一个上。
对于在增益、相位和调制器部分之间的接合处如何配置波导406，集成结构302A和302B中的每一个共享类似的质量。具体说，配置波导406的配置以使它相对于前后刻面410和412中的每一个且在增益部分400和相位控制部分402之间的结416处成斜角(即，非垂直)。同时，波导406A相对于反射镜408的配置基本上垂直。
集成结构302A采用倾斜的波导几何形态。即，在该配置中，其中形成了反射镜408A的平面相对于构成集成结构302A的基板材料的结晶平面结构按一定角度倾斜。
相反，激光源302B使用弯曲的波导几何形态来实现相同的端部。在该实例中，反射镜平面平行于基板材料的结晶平面，同时波导/结界面仍成斜角。为获得该配置，波导406B的一些部分被弯曲或成圆角。
配置斜角和垂直的波导/结界面，以利用公知的光学现象。更具体地，该光学现象涉及光在具有不同折射率的两种材料之间通过时的行为。根据折射率和入射角之间的不同，将反射回不同量的入射功率。在垂直入射的情况中，基本上全部反射光都耦合入波导，而在斜角入射的情况中(约6度最佳)，多数反射光离开波导(获得散射)并因此不与腔光相互影响。
考虑到以上光学现象，在一个实施例中，通过去除或改变相位控制和调制器部分402和404之间材料的平面部分以形成这两部分之间的间隙，而形成反射镜408A和408B。这形成了相位控制部分402的折射率和间隙材料的折射率之间的不同。该折射率差连同垂直配置一起产生了该间隙处的部分反射，导致低反射率的反射镜(即，2-10％)。因此，反射镜408A和408B定义了分别用于ECDL 300A和300B的有效激光腔的反射器之一，而激光腔的另一端由反射元件314限定。
在一个实施例中，可通过蚀刻受控宽度的气隙来形成反射镜408A或408B。例如，该气隙由Y.Yuan，R.Jambunathan，J.Singh，“Finite-difference time-domainAnalysis and experimental examination of the performance of a coupled-cavity MQWlaser/active waveguide at 1.54μm”，IEEE Journal of Quantum Electronics，33卷，No.33，pp408-415，1997公开。如果各向异性蚀刻被用于形成反射镜，波导必须被弯曲以使它在反射镜位置处平行于晶(即，蚀刻)轴同时在靠近表面处是呈斜角的。
同时，不期望在激光腔中具有附加反射镜元件。尤其是，这些元件会产生相位干扰。因此，波导406A和406B的角度被选为在结416以及前后刻面410和412处是非垂直的。实际上，当波导被倾斜或弯曲时，小部分光在折射率不同的材料之间的界面平面处被反射。然而，相对于刻面平面倾斜的角度提供了反射光的模式失配，因此没有形成与激光被调谐到的激光产生模式的干扰。
如以下进一步详述的，各种技术可应用于“调谐”激光器，以与期望的通信信道相对应的频率产生光学输出信号。例如，这可以通过调节一个或多个调谐元件(诸如调谐滤光器元件310)并产生腔光程长度的相应变化从而改变激光产生模式频率来实现。调谐滤光器元件衰减不需要的激光产生模式，以使输出束包括具有较窄带宽的大致相干的光。
已开发了不同的技术用于相位控制部分和调制器部分与增益芯片的整体集成。为最小化相位和(未偏置)调制器部分中的吸收，这些部分的带隙应与增益部分相比加宽约0.06-0.12eV(吸收峰蓝移约100-200nm)。这可以通过以下技术完成。在每一种技术中，集成结构包括适于形成可应用能带隙的材料。在一个实施例中，集成结构使用基于InGsAsP的材料构成。
第一种技术使用偏移量子阱(QW)结构(例如参见B.Mason，G.A.Fish，S.P.DenBaars和L.A.Coldren的“Widely tunable sampled grating DBR laser withintegrated electroabsorption modulator”，IEEE photonics Technology Letters，卷11，No.6，pp.638-640，1999)。在该结构中，多量子阱活性层生长于较厚的低带隙(0.84-0.9eV)四元波导的顶部。这两个层由较薄(约10nm)的阻挡蚀刻层分开，以使得QW能用选择性蚀刻在相位和调制器部分中被去除。该低带隙波导提供了低电流密度下激光器的相位部分的高指数移动。调制器部分使用与相位部分相同的波导结构，其中反向电压施加于电极上。
称作量子阱混合(QWI)的第二种技术依赖于杂质或空位植入QW区域，允许其能带隙增加(例如，参见S.Charbonneau，E.Kotels，P.Poole，J.He，G.Aers，J.Haysom，M.Buchanan，Y.Feng，A.Delage，F.Yang，M.Davies，R.Goldberg，P.Piva和I.Mitchell的“Photonic integrated circuits fabricated using ion implantation”，IEEEJ.Selected Topics in Quantum Electronics，卷4，No.4，pp772-793，1998以及S.McDougall，O.Kowalski，C.Hamilton，F.Camocho，B.Qiu，M.Ke，R.De La Rue，A.Bryce和J.Marsh的“Monolithic integration via a universal damage enhancedquantum-well intermixing technique”，IEEE J.Selected Topics in Quantum Electronics，卷4，No.4，pp.636-646，1998)。QWI对相位控制和调制器部分的选择性应用提供了约100-200nm的吸收峰所需蓝移。该技术不需要再生长并允许与第一种技术相比与量子阱的更好的模式重叠。
第三种技术采用不对称双波导技术(例如，参见P.V.Studenkov，M.R.Gokhale，J.Wei，W.Lin，I.Glesk，P.R.Prucnal和S.R.Forrest的“Monolithic integration of anall-optical Mach-Zehnder demultiplexer using an asymmetric twin-waveguidestructure”，IEEE Photonics Technology Letters，卷13，No.6，pp.600-603，2001)，其中放大和调制(相位控制)的两种光学功能被集成入分开的垂直耦合的波导中，每一个都独立地为最佳性能加以优化。在调制器中，块波导材料提供了比采用QW结构可能的光谱带宽更宽的光谱带宽。因此，对于广泛的可调ECDL应用，具有调制器/相位部分波导中的块材料的第一种和第三种技术应提供比QWI技术更好的结果。
在另一实施例中，反射镜功能通过沿着一部分波导形成具有相对平坦的反射率谱的薄布拉格光栅而实现。该结构类似于边缘发射DBR激光器中使用的布拉格光栅结构，但其反射层更少。图3c中示出了说明这种类型配置的半集成ECDL300C。ECDL300C包括一组ECDL腔元件304和输出侧元件306之间光耦合的集成结构302C，它大致类似于以上相对于图3a和3b所讨论的相同标号的元件。
代替采用部分反射的气隙用作反射镜元件，集成结构302C采用啁啾布拉格光栅418，如图4c所示。除该光栅不均匀地(即，啁啾)分开外，啁啾布拉格光栅使用与用于DBR激光器的相类似的光栅结构，以形成多个谐振模式。在一个实施例中，啁啾布拉格光栅418形成于设置于相位控制部分402和调制器部分404之间的反射镜部分420中。一般，波导可具有倾斜配置(例如，如图4c中的波导406C所示)，或者可以具有类似于图4b中所示的弯曲配置(未示出)。光栅元件的间隔从光栅的一侧到另一侧改变约3％，以提供整个通信频带(即，C-或L-频带)上的恒定反射率。
在图3d、3e、4d和4e的实施例中，调制器是与ECDL共同封装的孤立芯片。该方法简化了芯片制造但使得激光器集成更劳动密集。更详细地，图3d和3e每一个的实施例包括一组输出侧元件307，它包括输出准直透镜316、光隔离器318、光纤聚焦透镜320、光纤引线322、一对耦合透镜324和326、调制器328和输出光纤段330。在图3d的实施例中，集成结构302D光耦合到并设置于ECDL腔元件304和输出侧元件307之间。在图3e的实施例中，集成结构302E光耦合到并设置于ECDL腔元件304和输出侧元件307之间。
如图4d所示，集成结构302D包括邻近于相位控制部分402形成的增益部分400，它们每一个都类似于以上讨论的相同标号的元件。但是，在该实施例中，集成结构的前刻面由限定相位控制部分402的前刻面的刻面422形成。在一个实施例中，部分反射涂层424可添加到刻面422以增强或抑制反射率。在另一实施例中，该刻面的适当劈开足以实现期望的反射镜功能。因此，在图3d的ECDL300D的实施例中，激光腔由刻面422和反射元件314限定。
图4e示出了集成结构302E所采用的可选反射镜配置的细节。该实施例添加了反射镜部分420A，它粗略地类似于集成结构302C的反射镜部分420。反射镜部分包括啁啾布拉格光栅418A，它类似于上述啁啾布拉格光栅418。反射镜部分420还包括具有任选的防反射涂层428的刻面426。因此，刻面426形成了用于集成结构302E的前刻面，而用于ECDL300E(图3e)的激光腔由啁啾布拉格光栅418A和反射元件314限定。
在集成结构302D和302E的实施例中，前述QWI技术可用于增益/相位控制集成结构制造。共同封装的调制器328可以是适于调制光信号的各种类型的组件之一，包括但不限于基于电吸收、马赫-曾德或取向耦合器的调制器。激光器到调制器耦合可通过使两个波导相互靠近(约1微米—未示出)而直接实现或者通过使用耦合光学器件(诸如图3d和3e所示)来实现。
理想地，期望精确地在与ECDL为之设计的各种信道频率相对应的频率范围上控制输出束的频率。在一个实施例下，当调谐到所选信道时，通过最小化腔损耗来实现频率控制方案。
返回到图2所示的示例，注意最靠近选定信道的腔模式的透射峰208与栅格发生器和信道选择器的透射峰失配。结果，激光器输出的强度由于该失配而衰减，以腔损耗的形式被反射。各种机构可用于移动腔模式透射峰，使得它们与栅格发生器和信道选择器透射峰对准，从而控制激光器频率使其对应于选定的信道。一般，在这些方案下，调节激光腔的光程长度以使它等于栅格校准器和信道选择器所选择的透射波长的二分之一波长(λ/2)的倍数(即，栅格校准器和信道选择器透射峰对准时的波长)。在称作“波长锁定”的一个实施例中，实现了采用调制激励信号的电子伺服环路，该调制激励信号用于调制全部腔光程长度，从而产生激光器输出中的波长和强度调制。检测机制被用于感测强度调制(经由激光器输出强度的测量或者感测增益介质芯片的结电压)并生成相应的反馈信号，对这些反馈信号进行处理以产生波长误差信号。随后，使用该波长误差信号来调节未调制(即，连续的或稳态)全部腔光程长度，从而对准腔模式的透射峰以及栅格发生器和信道选择器的透射峰。
根据半集成ECDL 300A-E中的另一个方面，通过相位控制部分402的调制(即，相位控制调制)来实现波长锁定。在该技术下，提供“抖动”或调制信号以引起通过相位控制部分402的那部分波导的光程长度中的相应调制，从而调制激光腔的光程长度。这产生了调制的相移效应，导致激光产生模式的较小频率调制(即，扰动)。该频率调制的结果产生输出束的强度(功率)的相应调制，也称作振幅调制。该振幅调制可使用各种技术加以检测。在一个实施例中，监控激光二极管结电压(增益部分400上的差分电压)同时将恒定电流提供给增益部分的激光二极管，其中最小的测量二极管结电压对应于最大的输出强度。在另一实施例中，分束器用于分离一部分输出束，以使被分离部分的强度可由诸如光电二极管的光电器件测量。光电二极管测量到的强度与输出束的强度成比例。随后，测量到的振幅调制可用于生成误差信号，该误差信号被反馈回伺服控制环路以调节激光器的(大致)连续的光程长度从而产生最大强度。
前述方案的一个实施例在图5中示意性地示出。该附图示出了功率输出曲线Po，该曲线表示当激光产生模式接进期望信道时获得的典型功率输出曲线(由信道频率中心线500指示)。使用相移调制方案的伺服环路的目标是调节激光腔中的一个或多个光学元件，使得激光产生频率向期望的信道频率移动。这通过使用从激光产生模式的频率调制获得的解调的误差信号来实现。在该技术下，调制(抖动)信号用于通过调制相位控制部分402的光程长度来调制有效激光腔的光程长度。在所示实施例中，包括波长锁定激励信号332的调制信号由抖动驱动器334生成并供给相位控制部分402。该调制使得与激光器的信道间隔相比频移相对较小。例如，在一个实施例中，调制具有4MHz的偏移，而信道间隔为50GHz。
调制的信号502A、502B和502C分别对应于(平均)激光频率504A、504B和504C。激光频率504A小于期望的信道频率，激光频率504C高于期望的信道频率，而504B接进期望的信道频率。每一调制信号产生输出束的强度的相应调制；这些强度调制分别被示作调制的幅度波形506A、506B和506C。一般，强度调制可按以上为确定输出束强度所讨论的方式加以测量。
如图5所示，波形506A、506B和506C的峰谷振幅直接依赖其相应频率调制信号502A、502B和502C的调制限制与功率输出曲线Po相交的点，诸如调制信号502A的交点508和510所示。因此，当激光频率更靠近期望信道频率时，输出束的测量强度的峰谷振幅减小。在激光频率和信道频率一致的点处，该值变得最小。
此外，如图6所示，误差可从以下等式导出Error=∫t1t2EReiφ(ω)≈Σi=1nEiRieiφ(ω)---(3)]]>其中非斜体的i是虚数、Φ表示激励输入(即调制信号502A、502B和502C)和包括振幅调制输出波形506A、506B和506C的响应输出之间的相位差，且ω是调制频率。积分解可通过数字伺服环路的典型分立时间采样方案精确近似，如时间采样标记600所示。
除了提供误差振幅，前述方案还提供误差方向。例如，当激光频率在期望信道频率的一侧上错误时(在所示的示例中是较低)，激励和响应波形将大致同相。这将产生正合计误差值。相反，当激光频率在期望信道频率的另一侧上时(在该示例中是较高)，激励和响应波形大致异相。结果，合计的误差值将是负的。
一般，调制的波长锁定频率ω应选择为激光频率下幅值的若干数量级。例如，范围500Hz-100kHz内的调制频率可在其中激光频率为185-199THz的一个实施例中使用。
这里公开的实施例的教示和原理可在一般配置类似于图3A-E中每一个所述的半集成ECDL激光器中实现。例如，参考图7，ECDL700示为包含与ECDL300A共用并具有相同标号的各种元件，诸如集成结构302A、准直透镜308等等。ECDL700的各种光学组件安装或另外地耦合到基部702。出于说明目的，集成结构302A在图7中未按其合适的取向示出；实际上，该配置将类似于图3a中所示的那些。
半集成ECDL700包括用于响应于输入信道信号708实现调谐的控制器704。一般，到相位控制部分402的输入将用于非常精细的调谐调节，同时较粗的调谐调节将通过调谐滤波器元件310作出。一般，调谐滤波器元件可包括一个或多个校准器、光栅、棱镜或能在选定波长或波长组下向增益部分400提供反馈的其它元件。调谐滤波器元件310由波长选择控制块706控制，它接着耦合到控制器704或被包含作为其一部分。响应于输入信道命令708，控制器和/或波长选择控制块调节调谐滤波器元件和相位控制部分402，以产生与期望的信道频率相对应的激光产生模式。
在一些实施例中，这里所述的半集成ECDL可采用波长锁定(也称作信道锁定)方案，以将激光器输出维持于选定的信道频率(因此处于相应的预定波长)。通常，这可以通过上述相位调制方案来提供，其中激光腔的光程长度以相对较低的频率(例如，500Hz-20KHz)并以较小的频率偏移被调制。在一个实施例中，调制部分402用于此用途。响应于由控制器704生成并由放大器710放大的调制波长锁定激励信号332，使得相位控制部分402(沿波导406A)的光程长度调制，从而引起激光器输出中的波长调制。一般，光程长度调制器可包括响应于电输入改变其光程长度的元件。在一个实施例中，通过激励相位控制部分402中的波导406A中的活动区引发调制。结果，通过跨量子阱提供调制的电压信号，可以使得激光腔的光程长度的调制。
如公知的，当激光器输出具有集中于信道频率的频率(根据适当配置的滤波器元件)时，相对于非集中的输出最大化激光强度。结果，波长调制产生具有指示激光产生模式如何偏中心的振幅的强度调制，如以上参考图5和6所讨论的。随后，生成相应的反馈信号，该信号由控制器704接收并被处理以经由相位控制部分402调节整个腔长度。
例如，在图7所示的实施例中，光电检测器712用于检测激光器输出的强度。将分束器714置入输出束716的光程中，使得输出束光的一部分被重新引导向光电检测器712。在一个实施例中，光电检测器712包括光电二极管，它响应于它接收到的光强(hvdct)生成电压电荷。相应的电压VPD随后被反馈到控制器704。
在一个实施例中，控制器704包括数字伺服环路(即，锁相环)，它被配置为根据给定信道和相应滤波器特征的典型强度对频率曲线调节相位控制部分402以使光电检测器712处检测到的光强的振幅调制最小化。在另一实施例中，增益二极管芯片上的结电压(VJ)而非VPD被用作强度反馈信号。随后，基于VJ或VPD的振幅调制和相位并结合波长锁定激励信号332，导出误差信号。响应于该误差信号，产生对波长锁定激励信号332的适当调节。相位部分402的调节引起全部(连续)腔长度因而激光产生频率中的相应变化。这导致了(理想地)激光产生频率和期望的信道频率之差的减小，因此完成了控制环。
半集成ECDL700还提供用于经由集成调制器部分404的数据调制。例如，通过反射镜408A离开激光腔的波导406A中的光包括非调制输出信号(最初)。通过在通过调制器部分404的那部分波导406A上施加调制电压，可以用数据调制该输出信号。在一个实施例中，调制器驱动器718用于生成调制器驱动信号720以响应于输入数据流722形成经调制的输出信号。一般，调制器驱动器718可包括分开的组件，或者可以被集成入控制器704和/或由其控制。
一般，各种调谐滤波器元件和相应的调谐调节技术可用于信道选择用途。例如，在图7a所示的半集成ECDL700A中，调谐滤波器元件310包括第一和第二可调滤波器F1和F2。在一个实施例中，滤波器F1和F2包括各自的校准器，它们由固体材料制成或填充了气体。在一个实施例中，通过改变每一校准器的光程长度来实现滤波器调谐。根据一个实施例，这接着可通过改变校准器的温度而引起。或者，校准器可由响应于电输入改变其折射率的电光材料(铌酸锂)制成。
半集成ECDL700A现在还示出了示例性信道选择子系统的进一步细节。注意，尽管波长选择控制块被示为在控制器704外部，该块的控制方面可由控制器单独提供。波长选择控制块706提供了分别控制滤波器F1和F2的温度的电输出724和726。在一个实施例中，温度控制元件设置于圆形校准器的周边附近，如加热器728和730所示的。各RTD732和734被用于将温度反馈信号提供给波长选择控制块706。
一般，校准器在激光腔中用于提供过滤功能。如上所述，它们基本上用作Fabry-Perot谐振器，并提供定义激光输出中的一组透射峰的过滤功能。透射峰的FSR间隔取决于校准器的两个面之间的距离。随着校准器温度的变化，使得校准器材料膨胀或收缩，从而引起这两个面之间的距离的变化。此外，温度变化引起校准器折射率的变化。该有效地改变了校准器的光程长度，可用于移动透射峰。
滤波器的效果累计的。结果，通过调整每一滤波器的单个透射峰可充分衰减除了选定信道激光产生模式以外的所有激光产生模式。在一个实施例中，选择两个校准器的配置，以使校准器的各自由光谱范围稍许不同。这使得透射峰能在游标调谐技术下被对准，该技术类似于游标卡尺所使用的技术。在一个实施例中，滤波器之一被用作栅格发生器，并被配置为具有与诸如ITU波长栅格的通信信道栅格相对应的自由光谱范围。通过将相应栅格发生器校准器的温度维持于预定温度，该波长栅格大致保持固定。同时，称作信道选择器的另一校准器的温度被调节为相对于栅格发生器的透射峰移动其自己的透射峰。通过按此方式移动信道选择器的透射峰，可对准与信道频率相对应的透射峰，从而产生与选定信道频率相对应的腔激光产生模式。在另一实施例中，这两个滤波器的透射峰同时移动以选择一信道。
一般，这些方案中的任一种可通过使用信道校准器滤波器温度查找表来实现，在该查找表中存储了相应信道的校准器温度，如查找表736所述的。通常，查找表中的校准器温度/信道值可通过校准过程、通过统计数据而获得或者基于对调谐数据的调谐功能拟合进行计算。响应于输入信道命令708，相应的校准器温度从查找表736中检索出并用作使用合适温度控制环的校准器的目标温度，这是本领域公知的。
图8示出了根据本发明一个实施例的对应于控制器704和相关组件执行的控制操作的伺服控制图800。伺服环采用许多数字控制系统共用的数字采样方案。在一个实施例中，采样频率为100Hz。时钟/计数器801提供指示每一采样周期开始的信号。在每一采样周期期间，检索来自数字化激励信号波形802的各值。一般，数字化的激励信号波形802可存入包含驱动信号值列和循环计数列的查找表。任选地，电流信号值可基于合适的波形函数(诸如Sin(θ))实时生成，其中θ被确定为电流循环的时钟计数的函数。
在一个实施例中，激励信号的频率可经由相应的输入控制选择，诸如频率输入块804所描述的。一般，频率输入可借助模拟或数字控制(例如，模拟或数字电位计)提供，或借助基于计算机的输入提供。例如，主机计算机上运行的软件程序可提供用户接口以使用户能选择激励信号的频率。随后，可将相应信息传送到控制器704。在一个实施例中，对各种频率或频率范围设有各查找表。在实时正弦计算中，可基于选定的频率调节更新频率或计算的间隔尺寸。
在一个实施例中，合适的波形值从查找表中检索出并提供作为对数模转换器(DAC)806的输入。当数字化波形以固定速率(即采样频率)馈送入DAC时，DAC将输出与输入数字波形相对应的经平滑的模拟波形。该模拟波形被描述为调制信号808。
接着，将调制信号馈送入放大器以放大信号的驱动电流和电压振幅，从而产生合适的激励信号，该信号用于驱动腔光程长度调制器。该放大由各电流和电压放大器810和812描述。除了频率控制，可提供装置用于选择和/或调节激光输出的线宽，其取决于腔光程长度调制振幅引起的频率偏移。在一个实施例中，采用类似于以上对频率输入804所述的控制输入，如振幅输入块814所示。
接着，在加法器块816处将放大的调制信号与稳态调谐反馈信号组合，以形成组合的驱动信号818。如以下更详细地描述的，稳态调谐信号用于向相位控制部分402提供稳态电压，同时经放大的调制信号包括在稳态信号顶部上被调制的电压。
将组合的驱动信号提供到集成结构的相位控制部分402以引起激光腔光程长度中的调制(更具体地，通过相位控制部分的那部分波导)，导致激光器输出的波长和长度中的调制。这对应于激光器的传递函数G(s)，其中获得的波长和强度调制在820处示出。
响应于在激光器输出中检测到的强度调制，生成相应的电反馈信号822。如上所述，该反馈信号可包括从使用光电传感器等的强度调制的直接测量中导出的信号(由VPD表示)，或者可以通过测量指示强度调制的激光器二极管结电压VJ而获得。随后，电反馈信号由互阻抗放大器(TIA)824放大，产生经放大的电反馈信号826。
此时，经放大的反馈信号可通过任选的滤波器828。在一个实施例中，滤波器828包括带通滤波器。一般，带通滤波器应配置为使得频率对应于调制频率范围的信号分量通过，同时衰减这些频率之上或之下的其它信号分量。在另一实施例中，使用低通滤波器代替带通滤波器。在该实例中，应根据所使用的最大预期调制频率来选择低通滤波器的截止频率。在另一实施例中，带通或低通滤波器是可调的，使得滤波器特性可根据当前采用的调制频率加以调谐。
因此，在通过滤波器828(如采用)后，产生经滤波的反馈信号830。随后，将该反馈信号馈送入模数(A/D)转换器832，它将信号转换成数字脉冲序列，由数字化的响应波形834示出。该波形说明响应于激励信号产生的调制强度，如以上参考图6所述的。
接着，产生经解调的误差信号836。如上所述，经解调的误差信号可根据等式3的求和公式的响应波形与激励波形的点积而导出。这一般是激励信号输入和获得的响应信号输出之间的相移角度Φ的函数。消除该相移角是有利的，因为它可导致不一致的误差信号。在一个实施例中，这是通过数字地将激励移动大致等于相移的量来进行的，如相移的激励信号838所示的。一般，表示延时的相移量可数学计算或者经验上导出(最普通)。一般，相移的主要分量是由于各种放大器、滤波器和光学元件引起的延时，这些元件被用于引发强度调制并处理相应的反馈信号。
随后，将经解调的误差信号作为输入提供到控制系统领域中公知的PID(比例、积分和导数)控制块840。PID块输出数字稳态驱动信号842，它由DAC844转换成模拟信号846。随后，将该模拟信号馈送入放大器以放大信号的驱动电流和电压振幅，从而产生用于将稳态驱动电压提供到相位控制部分的合适的稳态驱动信号。该放大通过各电流和电压放大器848和850来表示。
图9示出了根据本发明实施例的通信系统900，其中光学网络通过使用可调半集成ECDL的光学多路复用器/多路分解器耦合到多个数据和语音用户线路，该可调半集成ECDL可调谐到光学网络上任何WDM信道的中心频率。通信系统包括光学网络902、网络交换机904、数据终端906和语音终端908。调制的数据可在许多信道上按多种访问协议传输，这些协议包括但不限于波分复用(WDM)、密集波分复用(DWDM)、频分复用(FDMA)等。当前，带宽的扩展主要通过WDM实现，其中分开的用户/数据段借助光谱的不同部分上的那些用户数据流的每一个的调制在单条光纤上被同时处理。每一信道的精确中心频率由诸如国际电信联盟(ITU)的标准设定组织所规定。中心频率被阐述为限定中心频率和信道间间隔的波长栅格的一部分。通常，信道频率均匀地隔开，使得任两个信道之间的分隔为选定基础间隔的整数倍。
网络交换机904提供网络交换操作，如本领域所公知的。安装于光纤线路卡910上的光学收发机对其进行帮助。每一光纤线路卡都包括多态多路复用器/多路分解器912、含循环器914的循环器组、含接收器916的接收器组以及含发送器918的发送器组。多路复用器/多路分解器是被动光学设备，它们划分来自多信道光学信号的波长(或信道)，或者根据光的传播方向将各光程上的各种波长(或信道)组合成一个多信道光学信号。
在接收模式中，在多路分解后，每一个别信道经由循环器组内的相应循环器914通至接收器组中的相应接收器916。每一接收器916都包括窄带通光电检测器、成帧器和解码器(未示出)。交换机(未示出)将相应一个用户线路920上的接收器分别耦合到数据或语音终端906或908。
在发送模式中，每一线路卡发送器组包括一组激光器922，包括以电信波长栅格的每一信道的选定中心频率之一发射光的n(例如128)个半集成ECDL。当前ITU定义的栅格的波长范围在三个频带之间划分S-频带(1492-1529nm)、C-频带(1530-1570nm)和L-频带(1570-1612nm)。每一用户数据流光学调制到具有根据本发明的上述实施例的结构和操作的相应ECL的输出束上。成帧器924允许成帧、指针生成和用于来自半集成ECDL和相关驱动器的组的数据传送的扰频。来自每一激光器的调制信息经由相应的循环器传入多路复用器/多路分解器912，它将输出耦合到单条光纤用于进行传输。所示实施例中光纤线路卡的操作是双向的，这意味着双向通信是可能的。
这里所述的每一实施例提供了优于常规ECDL配置以及DFB和DBR激光器配置的优点。例如，常规ECDL可采用机械或热腔长度调制器，它们与集成相位控制部分所提供的等效腔长度调制(～1纳秒)相比具有显著较慢的响应时间(1-1000毫秒)。因此，用集成相位控制部分代替常规的调制器功能使得信道锁定更快且更稳健。虽然类似的稳健性可用外部的独立电光调制器(例如、铌酸锂马赫-曾德调制器)实现，但这些类型的调制器是昂贵的且占据太多空间。
如上所述，半集成ECDL设计具有集成结构的制造优点，同时仍提供去耦调谐机制。这获得了高于可调DFB和DBR激光器的增强性能。
本发明所示实施例的以上描述(包括摘要中所述的)不被认为是排他的或者将本发明限制于所公开的精确形式。虽然这里为说明目的描述了本发明的具体实施例和示例，但各种等效修改在本发明的范围内是可能的，如本领域熟练技术人员将认识到的。
可根据以上详细描述对本发明进行这些修改。以下权利要求书中使用的术语不应理解为将本发明限制于说明书和权利要求书中公开的具体实施例。相反，本发明的范围由所附权利要求完整地确定，这些权利要求根据所建立的权利要求说明原则加以解释。
权利要求
1.一种装置，包括集成结构，它具有经由通过其中的波导光连接的前刻面和后刻面，所述集成结构还包括增益部分，用于响应于第一电输入发出多个光子，该部分具有限定所述集成结构的所述后刻面的刻面；相位控制部分，它邻近于所述增益部分设置，用于响应于第二电输入调制通过所述控制部分的一部分波导的光程长度；调制器部分，它邻近于所述相位控制部分设置，用于响应于第三电输入调制通过所述穿过所述调制器部分的波导的一部分的光输出，该部分具有限定所述集成结构的所述前刻面的刻面；以及部分反射的反射镜，它设置于所述相位控制部分和所述调制器部分之间。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，相对于所述集成结构的前后刻面倾斜所述波导。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述部分反射的反射镜大致垂直于邻近所述反射镜的波导的局部部分进行取向。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述部分反射的反射镜通过所述相位控制部分和所述调制器部分之间限定的气隙来实现。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，沿与所述集成结构的晶面结构平行的平面蚀刻所述气隙。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，弯曲所述波导以使它邻近于所述气隙大致垂直并相对于所述集成结构的所述前后刻面呈斜角。
7.如权利要求4所述的装置，其特征在于，沿相对于所述集成结构的晶面结构成斜角的平面蚀刻所述气隙。
8.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述部分反射的反射镜包括沿所述增益部分和调制器部分之间的一部分波导形成的啁啾布拉格光栅。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，相对于通过所述增益部分的那部分波导的带隙，将通过所述相位控制和调制器部分的波导的一些部分的带隙加宽约0.06-0.12eV(电子伏特)。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，通过所述相位控制和调制器部分的波导的一些部分包括偏移量子阱结构。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，通过所述相位控制和调制器部分的波导的一些部分包括量子阱混合结构。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，一部分波导被配置为不对称双波导，其中所述放大和相位控制的光功能被集成入分开的垂直耦合波导。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述集成结构由基于InGaAsP(铟-镓-砷-磷)的半导体材料构成。
14.一种可调激光器，包括基部；操作上与所述基部耦合的集成结构，它具有经由通过其中的波导光耦合的前刻面以及基本非反射的后刻面，所述集成结构还包括增益部分，用于响应于第一电输入发出多个光子，该部分具有限定所述集成结构的所述后刻面的刻面；相位控制部分，它邻近于所述增益部分设置，用于响应于第二电输入调制通过所述控制部分的一部分波导的光程长度；所述相位控制部分具有；部分反射的反射镜，它光耦合到通过所述相位控制部分的那部分波导；反射元件，它操作上耦合到所述基部并相对于基本非反射的后刻面设置以形成一外部腔；以及可调滤波器，它包括操作上耦合到所述基部并设置于所述外部腔内的至少一个光学元件。
15.如权利要求14所述的可调激光器，其特征在于，相对于所述集成结构的后刻面倾斜所述波导。
16.如权利要求14所述的可调激光器，其特征在于，所述集成结构的前刻面限定所述部分反射的反射镜。
17.如权利要求14所述的可调激光器，其特征在于，所述部分反射的反射镜包括沿邻近于所述相位控制部分的反射镜部分中的一部分波导形成的啁啾布拉格光栅。
18.如权利要求14所述的可调激光器，其特征在于，相对于通过所述增益部分的那部分波导的带隙，将通过所述相位控制部分的波导的一部分的带隙加宽约0.06-0.12eV(电子伏特)。
19.如权利要求14所述的可调激光器，其特征在于，通过所述相位控制部分的那部分波导包括偏移量子阱结构。
20.如权利要求14所述的可调激光器，其特征在于，通过所述相位控制部分的那部分波导包括量子阱混合结构。
21.如权利要求14所述的可调激光器，其特征在于，一部分波导被配置为不对称双波导，其中放大和相位控制的光功能被集成入分开的垂直耦合波导。
22.如权利要求14所述的可调激光器，其特征在于，还包括光耦合到所述集成结构的前刻面处的波导的调制器。
23.如权利要求22所述的可调激光器，其特征在于，所述调制器包括基于电吸收、马赫-曾德或取向耦合器的调制器。
24.如权利要求23所述的可调激光器，其特征在于，还包括耦合所述调制器和所述集成结构的前刻面之间设置的并被配置为将所述调制器光耦合到所述波导的光学器件。
25.如权利要求15所述的可调激光器，其特征在于，所述集成结构由基于InGaAsP(铟-镓-砷-磷)的半导体材料构成。
26.一种可调外部腔二极管激光器(ECDL)，包括基部；集成结构，它操作上耦合到所述基部，并具有经由通过其中的波导光耦合的前刻面和基本非反射的后刻面，所述集成结构还包括增益部分，用于响应于第一电输入发出多个光子，该部分具有限定所述集成结构的所述后刻面的刻面；相位控制部分，它邻近于所述增益部分设置，用于响应于第二电输入调制通过所述控制部分的一部分波导的光程长度；调制器部分，它邻近于所述相位控制部分设置，用于响应于第三电输入调制通过所述穿过所述调制器部分的波导的一部分的光输出，该部分具有限定所述集成结构的所述前刻面的刻面；以及部分反射的反射镜，它设置于所述相位控制部分和所述调制器部分之间，反射元件，它操作上耦合到所述基部并相对于基本非反射的后刻面设置以形成一外部腔；以及可调滤波器，它包括操作上耦合到所述基部并设置于所述外部腔内的至少一个光学元件。
27.如权利要求26所述的可调ECDL，其特征在于，还包括与所述集成结构热耦合的冷却元件。
28.如权利要求26所述的可调ECDL，其特征在于，所述部分反射的反射镜通过所述相位控制部分和所述调制器部分之间形成的间隙来实现。
29.如权利要求26所述的可调ECDL，其特征在于，所述部分反射的反射镜包括沿所述增益部分和所述调制器部分之间的一部分波导形成的啁啾布拉格光栅。
30.如权利要求26所述的可调ECDL，其特征在于，相对于通过所述增益部分的那部分波导的带隙，将通过所述相位控制和调制器部分的波导的一些部分的带隙加宽约0.06-0.12eV(电子伏特)。
31.如权利要求26所述的可调ECDL，其特征在于，还包括用于将控制输入提供到所述增益部分、相位控制部分和所述可调滤波器的控制器。
32.如权利要求31所述的可调ECDL，其特征在于，所述可调滤波器包括第一和第二可调滤波器。
33.如权利要求32所述的可调ECDL，其特征在于，所述第一和第二可调滤波器的每一个都包括热可调校准器，且所述控制器提供输入以控制每一个热可调校准器的温度。
34.如权利要求26所述的可调ECDL，其特征在于，所述可调滤波器包括游标调谐机构，它包括具有稍许不同的自由光谱范围及类似的相对自由谱带的相应若干组透射峰的相应的第一和第二光学滤光器，其中通过相对于第一光学滤光器的一组透射峰移动所述第二光学滤光器的一组透射峰以对准所述第一和第二组透射峰的每一个的单个透射峰来执行调谐。
35.一种电信交换机，包括多个光纤线路卡，它们每一个都包括，多级多路复用器/多路分解器；循环器组，包括操作上与所述多级多路复用器/多路分解器耦合的多个循环器；接收器组，包括操作上与各循环器耦合的多个接收器；以及发送器组，包括操作上与各循环器耦合的多个发送器，每个发送器都包括可调外部腔二极管激光器(ECDL)，包括基部；集成结构，它操作上耦合到所述基部，并具有经由通过其中的波导光耦合的前刻面和基本非反射的后刻面，所述集成结构还包括增益部分，用于响应于第一电输入发出多个光子，该部分具有限定所述集成结构的所述后刻面的刻面；相位控制部分，它邻近于所述增益部分设置，用于响应于第二电输入调制通过所述控制部分的一部分波导的光程长度；调制器部分，它邻近于所述相位控制部分设置，用于响应于第三电输入调制通过所述穿过所述调制器部分的波导的一部分的光输出，该部分具有限定所述集成结构的所述前刻面的刻面；以及部分反射的反射镜，它设置于所述相位控制部分和所述调制器部分之间，反射元件，它操作上耦合到所述基部并相对于所述基本非反射的后刻面设置以形成外部腔；以及可调滤波器，它包括操作上耦合到所述基部并设置于所述外部腔中的至少一个光学元件。
36.如权利要求35所述的电信交换机，其特征在于，至少一个ECDL采用游标调谐机构，它包括具有稍许不同的自由光谱范围及类似的相对自由谱带的相应若干组透射峰的相应的第一和第二光学滤光器，其中通过相对于第一光学滤光器的一组透射峰移动所述第二光学滤光器的一组透射峰以对准所述第一和第二组透射峰的每一个的单个透射峰来执行调谐。37.如权利要求36所述的电信交换机，其特征在于，所述第一和第二光学滤光器包括各自的热可调的校准器。
全文摘要
半集成外部腔二极管激光器(ECDL)(300A)设计包括集成结构(302A)，它包括增益部分(400)、相位控制部分(402)和任选的调制器部分(404)。每个集成结构都包括穿过每一部分的波导(406)。反射镜(408)形成于该结构中以限定激光腔的一端。反射元件(314)一般相对于增益部分(400)的后刻面(410)设置，形成其间的外部腔。可调滤波器(310)设置于该外部腔内以实现激光器的调谐。操作期间，调制的驱动信号(332)被提供到相位控制部分(402)。这调制了激光腔的光程长度，产生了激光器输出中的强度(振幅)调制。检测器被用于产生指示用于根据波长锁定伺服环调谐激光器的强度调制的反馈信号。在通过调制器部分(404)时，用数据(722)调制光信号。
文档编号H01S5/0625GK1930748SQ200580007021
公开日2007年3月14日 申请日期2005年3月18日 优先权日2004年3月29日
发明者S·索洽瓦, W·查普曼, W·科兹洛夫司基 申请人:英特尔公司