，25Gbps或更高)光通信，并且VCSEL 302可因而具有充足的光功率以便实现这样的通信速度。举例来说，可经由耦合机构来提供光纤306，诸如将光纤306提供到包括VCSEL 302和模式转换HCG透镜304的封装件。由VCSEL 302生成的光信号308具有经由HCG模式控制反射器310模式控制的强度分布，并且通过基板311被提供到模式转换HCG透镜304 (通过线310示范出)。可基本上类似于图6示例中的模式转换HCG透镜252来配置模式转换HCG透镜304。因此，模式转换HCG透镜304被配置为将光信号308转换为不同的强度分布(例如，单模强度分布256)。因此，经由模式转换HCG透镜304对光信号308进行聚焦并且将其发射到光纤306的芯312中，在图7的示例中将光信号308示为在光纤306的芯312中传播。尽管在图7的示例中将不同的强度分布示为单模强度分布，但应当理解，由模式转换HCG透镜304提供的强度分布可以是任何各种不同类型的强度分布，诸如高斯型、非高斯或各种其他同轴或离轴形状。
[0033]光耦合系统300并不意图受限于图7的示例。举例来说，VCSEL 302不局限于被实施为从基板发出光信号308的反向VCSEL，而是可从HCG模式控制反射器311发出光信号308。此外，模式转换HGC透镜304不局限于将光信号308提供到传播器件，而是可转换光信号308的模式以用于各种其它应用，诸如光盘存贮器、光鼠标、成像、激光打印设备和各种其他类型的应用。
[0034]图8图示出光耦合系统350的另一个示例。光耦合系统350可被配置为类似于在图7示例中所描述的光学传输系统。光耦合系统350包括光学器件封装件352，其包括透镜354、VCSEL 356和耦合机构358。例如，透镜354可被配置为与在图6和图7中的相应示例中所描述的透镜252或304类似的HCG透镜。耦合机构358被配置为接收诸如多模或单模的光传播器件360 (例如，光纤或光波导)。因此，VCSEL 356可被配置为生成诸如光信号308的光信号，并且透镜354可被配置为对光信号进行聚焦以便被耦合到光传播器件360中。
[0035]光学器件封装件352并不意图受限于在其中包括单个光耦合系统，以便仅仅包括透镜354、VCSEL 356和耦合机构358中的每个单个之一。例如，光学器件封装件352可包括光耦合系统阵列，以便包括多个透镜354 JgSSfVCSEL 356以及相应多个耦合机构358。因此，多个光纤310可被耦合到相应多个耦合机构358。
[0036]考虑到如上所述的以上结构和功能的特征，将参考图9更好地理解根据本发明的各个方面的方法。尽管为了解释的简单起见，将图9的方法示出和描述为连续地执行，但应当理解和了解，本发明不受限于所图示的顺序，因为根据本发明的一些方面可相对于在本文示出和描述的其他方面以不同的顺序和/或并行地出现。而且，对于实施根据本发明的方面的方法，可能并不是所有所图示的特征都是必需的。
[0037]图9图示出用于将光信号(例如，光信号OPTsis)从VCSEL(例如，VCSEL 52)耦合到光传播器件(例如，光纤306)的方法400。在402，响应于电信号(例如，电信号Esis)来生成光能量。在404，使光能量在光腔中发生共振。在406，经由HCG模式控制反射器(例如，HCG模式控制反射器16)来控制光能量的模式，以提供具有基本上非高斯强度分布(例如，基本上非高斯强度分布62)的光信号。在408，从VCSEL发出光信号。在410，经由HCG透镜(例如，模式转换HCG透镜252)将光信号的基本上非高斯强度分布转换为不同的强度分布(例如，单模强度分布256)。在412，经由HCG透镜将具有不同的强度分布的光信号发射到光传播器件中。
[0038]以上已经描述的是示例。当然，不可能描述组件或方法的每个想得到的组合，但是本领域普通技术人员将认识到，许多另外的组合和置换是可能的。因此，本发明意图包含落入包括所附权利要求的本申请的范围内的所有这样的变化、修改和变体。另外地，在本公开或权利要求引用“一”、“第一”或“另一个”要素或其等同物的情况下，应当解释为包括一个或多于一个这样的要素，而不要求也不排除两个或更多这样的要素。如在本文使用的，术语“包括”意指包括但不限于，并且术语“包括有”意指包括有但不限于。术语“基于”意指至少部分地基于。
【主权项】
1.一种模式控制激光系统，包括: 有源区，用于响应于电信号生成光能量； 反光镜，用于使所述光能量在光腔中发生共振；和 被布置在所述光腔中的高对比度光栅(HCG)模式控制反射器，所述高对比度光栅(HCG)模式控制反射器用于将共振的光能量控制为基本上非高斯强度分布，使得所述共振的光能量作为具有所述基本上非高斯强度分布的光信号发出。2.根据权利要求1所述的系统，其中基本上平面的HCG模式控制反射器包括由跨所述HCG模式控制反射器的表面的梯度图案限定的多个共振结构。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个共振结构在尺度上为亚波长或由第一材料制造并且基本上被第二材料围绕，其中所述第一材料的折射率与所述第二材料的折射率之间的差大于或等于一。4.根据权利要求2所述的系统，其中所述梯度图案被定义为具有由梯度限定的可变尺度的所述多个共振结构，或所述梯度图案被定义为具有近似相等的尺度并且以由所述梯度限定的密度填充基本上平面的HCG透镜的所述多个共振结构。5.根据权利要求2所述的系统，其中所述梯度图案包括沿所述HCG模式控制反射器的半径延伸的多个梯度图案。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述HCG模式控制反射器被布置为反射元件，所述反射元件与所述反光镜协作以使所述光能量在所述光腔中发生共振。7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括另一反光镜，所述另一反光镜互连所述HCG模式控制反射器和所述有源区，并且与所述反光镜协作，以使所述光能量在所述光腔中发生共振。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述模式控制激光系统被布置为垂直腔面发射激光器(VCSEL)，并且其中所述有源区被布置为所述VCSEL的有源区层，其中所述反光镜被布置为所述VCSEL的反射层，并且其中所述HCG模式控制反射器被布置为所述VCSEL的模式控制层。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述非高斯强度分布被生成为关于所述有源区的单模的单模非高斯强度分布。10.一种光耦合系统，包括根据权利要求1所述的模式控制激光系统，所述光耦合系统进一步包括用于将所述光信号的基本上非高斯强度分布转换为不同的强度分布的模式转换HCG透镜。11.一种方法，包括: 向垂直腔面发射激光器(VCSEL)的有源区提供电信号以生成光能量； 使所述光能量在光腔中发生共振； 经由高对比度光栅(HCG)模式控制元件控制所述光能量的模式，以提供具有基本上非高斯强度分布的光信号； 从所述VCSEL发出所述光信号； 经由HCG透镜将所述光信号的基本上非高斯强度分布转换为不同的强度分布；以及 经由所述HCG透镜将具有所述不同的强度分布的光信号发射到光传播器件中。12.根据权利要求11所述的方法，其中使所述光能量发生共振包括使所述光能量在由反光镜和所述HCG模式控制反射器限定的光腔中发生共振，所述反光镜和所述HCG模式控制反射器各自协作，以在所述光腔中反射所述光能量。13.根据权利要求11所述的方法，其中基本上平面的HCG透镜包括由跨所述HCG模式控制反射器的表面的梯度图案限定的多个共振结构，其中所述梯度图案被定义为具有由梯度限定的可变尺度的所述多个共振结构，或所述梯度图案被定义为具有近似相等的尺度并且以由所述梯度限定的密度填充所述基本上平面的HCG透镜的所述多个共振结构。14.一种垂直腔面发射激光器(VCSEL)，包括: 有源区层，用于响应于电信号生成光能量； 反光镜层，用于使所述光能量在光腔中发生共振；和 模式控制层，包括被布置在所述光腔中用于将共振的光能量控制为基本上非高斯强度分布的高对比度光栅(HCG)元件，所述HCG元件包括由跨所述HCG模式控制反射器的表面的梯度图案限定的多个共振结构，使得所述共振的光能量作为具有所述非高斯强度分布的光信号发出。15.一种光学器件封装件，包括根据权利要求14所述的VCSEL，该封装件进一步包括: 耦合机构，用于容纳用于接收所述光信号的光传播器件；和 用于互连所述VCSEL和所述耦合机构的高对比度光栅(HCG)透镜，所述HCG透镜用于将所述基本上非高斯强度分布转换为不同的强度分布，并且将具有所述不同的强度分布的光信号发射到所述光传播器件中。
【专利摘要】一种模式控制激光系统包括响应于电信号生成光能量的有源区。该系统还包括使光能量在光腔中发生共振的反光镜。该系统还包括被布置在光腔中的HCG模式控制反射器，以将共振的光能量控制为基本上非高斯强度分布。共振的光能量可作为具有基本上非高斯强度分布的光信号发出。
【IPC分类】H01S3/10
【公开号】CN105164871
【申请号】CN201380076121
【发明人】韦恩·瑟林, 迈克尔·瑞恩·泰·谭, 戴维·A·法塔勒, 马科斯·菲奥伦蒂诺
【申请人】惠普发展公司，有限责任合伙企业
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2013年6月20日
【公告号】WO2014204468A1