專(zhuān)利名稱(chēng)：波長(zhǎng)選擇裝置的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及一種提供波長(zhǎng)選擇裝置的方法與設(shè)備，尤其涉及一種集成型激光裝置，它具有多個(gè)不同腔長(zhǎng)和/或不同活性層帶隙的激光，被選擇地激活耦合到輸出端而產(chǎn)生波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于腔長(zhǎng)和/或所選激光器活性層帶隙的輸出束。激光腔通過(guò)蝕刻其鏡面而限定。
當(dāng)前單塊集成技術(shù)的發(fā)展已能制作幾何形狀復(fù)雜的激光器，包括具有各種腔結(jié)構(gòu)的環(huán)形激光器，這些發(fā)展擴(kuò)展了集成半導(dǎo)體激光器未來(lái)的應(yīng)用，增大了引人注目的可制造性，降低了成本。這一技術(shù)開(kāi)辟了拓展新特征的機(jī)遇，而這些新特征在激光腔內(nèi)外兩方面都可與集成型半導(dǎo)體激光裝置組合起來(lái)。
環(huán)形腔激光具有不設(shè)置法布里-珀羅腔的優(yōu)點(diǎn)，例如環(huán)形腔能以比法布里-珀羅腔更高的譜純度產(chǎn)生激光作用。美國(guó)專(zhuān)利No.4,851,368描述的單片三角環(huán)形激光器列示了這種環(huán)形腔，其內(nèi)容通過(guò)引用包括在這里。在美國(guó)專(zhuān)利No.5,132,983和題為“Carved Wareguide Ring Lasers”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.09/918,544中，都描述過(guò)形成光學(xué)邏輯電路的環(huán)形激光器耦合，這些內(nèi)容通過(guò)引用包括在這里。在美國(guó)專(zhuān)利No.5,132,983、5,764,681和題為“Unidirectional Curved Ring Lasers”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)09/918,548中，都描述了環(huán)形激光器的單向特性，這些內(nèi)容也通過(guò)引用包括在這里。
過(guò)去幾年主要因因特網(wǎng)的普及，光通信系統(tǒng)的帶寬需求經(jīng)歷了爆長(zhǎng)，運(yùn)載公司及其供應(yīng)商為此安裝了波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)以滿足這一需求，該系統(tǒng)允許多個(gè)光波長(zhǎng)通過(guò)單股光纖發(fā)送。但反過(guò)來(lái)這又要求許多不同的激光器，各激光器發(fā)射特定波長(zhǎng)的光，因此運(yùn)載公司不得不貯存眾多激光器，各激光器具有不同的輸出波長(zhǎng)，造成巨大的庫(kù)存問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種能發(fā)射多波長(zhǎng)的激光源可解決上述問(wèn)題，而且還可用于波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)，作為能工作于多波長(zhǎng)之一的備份裝置。再者，能遙控發(fā)射其可選波長(zhǎng)之一的波長(zhǎng)選擇裝置，允許服務(wù)者激活未使用的波長(zhǎng)或補(bǔ)充波長(zhǎng)而無(wú)須服務(wù)呼叫，這對(duì)服務(wù)者大大降低了準(zhǔn)備成本。
在波長(zhǎng)傳播等領(lǐng)域也希望有波長(zhǎng)選擇裝置，在這類(lèi)場(chǎng)合中，經(jīng)濟(jì)地產(chǎn)生多波長(zhǎng)可在數(shù)據(jù)通信中廣泛地部署這種裝置。應(yīng)用這種業(yè)務(wù)傳送的一個(gè)實(shí)例就是“無(wú)源光學(xué)網(wǎng)絡(luò)”(PON)，在源與目的地之間的信號(hào)通路里不存在有源元件。
簡(jiǎn)言之，本發(fā)明針對(duì)一種能選擇性發(fā)射若干波長(zhǎng)的集成型半導(dǎo)體激光裝置，它包括多個(gè)不同腔長(zhǎng)的環(huán)形激光器，被選擇性地激活耦合到輸出端而產(chǎn)生輸出束，其波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于所選環(huán)形激光器的腔長(zhǎng)。另外或者與上述裝置一起，可選擇性激活具有不同活性層帶隙的環(huán)形激光器而發(fā)射不同的波長(zhǎng)。
在本發(fā)明第一實(shí)施例中，不同腔長(zhǎng)環(huán)形激光器和/或不同活性層帶隙環(huán)形激光器相串聯(lián)耦合或級(jí)聯(lián)，各環(huán)形激光器較佳為單向性。激光器為不同腔長(zhǎng)和/或不同活性層帶隙，故各激光器發(fā)射不同波長(zhǎng)的光，而且通過(guò)定位，使第一激光器發(fā)射的輸出光束耦入下一激光器的輸入端。組合的激光器形成-波長(zhǎng)選擇裝置，能發(fā)射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于所選的級(jí)聯(lián)環(huán)形激光器之一的光?；钚约す馄鞯倪x擇方法是將它編置得高于其閾值，同時(shí)把其余不同波長(zhǎng)激光器偏置得低于閾值，而不同活性層帶隙激光器保持不偏置。未被偏置成高于閾值的環(huán)形激光器對(duì)所選環(huán)形激光器發(fā)射的光呈透明，使所選激光器產(chǎn)生的光通過(guò)任一居中的激光器從所選裝置傳到裝置輸出端。
在本發(fā)明第二實(shí)施例中，裝置輸出端設(shè)置了半導(dǎo)體光學(xué)放大器(SOA)元件，該元件在零上偏置與反偏置之間切換，以調(diào)制任一環(huán)形激光器發(fā)射并插入SOA元件的光。該SOA元件吸收在反偏置下接收的光并讓光無(wú)損地通過(guò)，或在正偏置下放大該光。以這種方式操作SOA元件的理由是為了在波長(zhǎng)選擇裝置輸出端提供高速調(diào)制能力。SOA接收插入的光，或?qū)⑵浞糯?，使它通過(guò)而不變，或者將其吸收，并以激活激光器的波長(zhǎng)提供調(diào)制的輸出還可用電吸收(EA)元件代替SOA元件，通過(guò)對(duì)EA元件加零-反偏置而調(diào)制。本發(fā)明的集成結(jié)構(gòu)能在預(yù)定的地點(diǎn)產(chǎn)生預(yù)定波長(zhǎng)的激光輸出束，需要時(shí)還可調(diào)制該輸出束。
在本發(fā)明第三實(shí)施例中，多個(gè)較佳為單向性的環(huán)形激光器都直接或通過(guò)-中間SOA接到公共的多分支輸出腔，這樣可同時(shí)激活多個(gè)激光器，而且需要的話，各激光器的輸出在進(jìn)入同樣是SOA的多分支輸出腔之前，可以先被調(diào)制。該集成裝置一般應(yīng)用于多個(gè)單一波長(zhǎng)的場(chǎng)合，諸如波分復(fù)用(WDM)。另可用EA元件代替中間的SOA元件，通過(guò)對(duì)EA元件加零-反偏置作調(diào)制。
上例的多分支輸出腔提供單輸出束，但在另一實(shí)施例中，輸出腔對(duì)多輸出端數(shù)應(yīng)用有多個(gè)輸出點(diǎn)。該實(shí)施例可用于要求多輸出束的場(chǎng)合，在裝置發(fā)射束前耦合一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)。
附圖簡(jiǎn)介通過(guò)以下結(jié)合附圖對(duì)各較佳實(shí)施例的詳述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白本發(fā)明的種種目的、特征與優(yōu)點(diǎn)。


圖1和2示出現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)形激光器；圖3對(duì)各種泵電流密度示出與激光裝置內(nèi)量子阱波長(zhǎng)有關(guān)的增益分布曲線；圖4示出與環(huán)形量子阱激光器的腔長(zhǎng)有關(guān)的峰激光波長(zhǎng)的特性；圖5A是本發(fā)明波長(zhǎng)選擇激光裝置第一實(shí)施例的俯視平面圖，配用了一系列級(jí)聯(lián)的直耦環(huán)形激光器，各激光器有不同的腔長(zhǎng)，該環(huán)形激光器系列端接于一輸出SOA；圖5B對(duì)圖5A的裝置示出修正的SOA；圖6示出波長(zhǎng)選擇激光裝置的第二實(shí)施例，該例配備了多個(gè)與提供單輸出的多分支SOA并聯(lián)直耦的不同腔長(zhǎng)環(huán)形激光器；圖7示出本發(fā)明第三實(shí)施例，該例配用了多個(gè)通過(guò)相應(yīng)的SOA元件與多分支SOA的相應(yīng)分支耦合的不同腔長(zhǎng)環(huán)形激光器；圖8示出-多分支SOA，其多個(gè)輸出可用于圖6或7的裝置；圖9示出另一光調(diào)制器；圖10示出另一光耦器。
較佳實(shí)施例的描述現(xiàn)在更詳細(xì)地描述本發(fā)明。圖1和2分別示出在襯底上通過(guò)蝕刻工藝制作的已知半導(dǎo)體環(huán)形激光器，蝕刻工藝比分切技術(shù)或先前的蝕刻工藝能更好地控制面表面。美國(guó)專(zhuān)利No.4,851,368和5,132,938分別詳述了這些裝置。在這兩種情況下，設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體激光結(jié)構(gòu)使分別在激光腔14與16內(nèi)傳播的行波以預(yù)定角度撞擊面，以控制各出射面發(fā)射的光量。在圖1裝置中，在襯底18上形成作為單塊結(jié)構(gòu)的三角腔14，激光器涂上金屬層20的上表面可加偏壓22。加適量偏壓在腔內(nèi)形成激光作用，產(chǎn)生的光學(xué)行波在腔內(nèi)傳播并被斜面24、26與28反射，這些面的表面在光學(xué)上平滑，面24和26提供全內(nèi)反射，面28提供部分發(fā)射而使光出射。如前述的專(zhuān)利No.4,851,368所述，以大于臨界角的角度撞擊表面28的光將被全反射，而以小于臨界角的角度撞擊表面的光被發(fā)射。
美國(guó)專(zhuān)利No.5,132,983詳述和圖2所示的環(huán)形腔12，包括四個(gè)在面30、32、34與36上相交成菱形的腔分支段。如前所述，襯底38上制作的激光器包括導(dǎo)電的頂層40，對(duì)其接偏壓42可控制該裝置的激光作用。在該激光器內(nèi)，面30和34均為全內(nèi)反射，正確地設(shè)計(jì)四分支的角度，面32和36將接收小于臨界角的循環(huán)光，使光從各面射出。雖然激光器12產(chǎn)生的光沿順逆兩時(shí)針?lè)较蛟谇?6內(nèi)傳播，但例如通過(guò)使用注射鎖定法，可將傳播限于單一方向，如通過(guò)面32將來(lái)自合適源46的激光光束44注入腔16。入射光耦入激光器的百分比取決于束44與面32表面的入射角，而在圖示實(shí)施例中，束44產(chǎn)生順時(shí)針傳播的光，在面36形成相應(yīng)的出射束50。該光也從面32發(fā)射為束52。從源46耦入激光器的光量取決于束44的入射角和源46與面32之間的間距。
構(gòu)成激光器的材料是一種至少有一個(gè)量子阱的半導(dǎo)體激光結(jié)構(gòu)，雖然也可使用其它結(jié)構(gòu)，諸如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(DH)或量子點(diǎn)。圖3曲線表明，隨著泵運(yùn)量子阱的電流密度增大，量子阱基材料的增益也增大。而且還示出，當(dāng)泵運(yùn)量子阱的閾值電流密度增大時(shí)，量子阱材料中特定波長(zhǎng)的增益分布曲線的峰值偏向更短的波長(zhǎng)。例如Mittelstein等人曾在AppliedPhysics Letters(Vol.54，pps.1092-1094)中解釋過(guò)這一特性。另外，Behfar-Rad等人在Applied Physics Letters(Vol.54，pps.493-495)中描述了量子阱激光器的閾電流密度隨腔長(zhǎng)縮短而增大的情況。因此，較短腔長(zhǎng)的激光器比具有同等面的較長(zhǎng)腔長(zhǎng)徑受更高的往返損失。為補(bǔ)償高損失，腔要產(chǎn)生更高的增益使激光達(dá)到閾值，因此對(duì)較短長(zhǎng)度的激光器而言，產(chǎn)生激光的閾電流密度比較長(zhǎng)激光器的更高。
圖4示出峰激光波長(zhǎng)在縮短環(huán)形腔長(zhǎng)時(shí)偏移到較低(較短)值的情況，因而腔越短，波長(zhǎng)就越短，其原因在于，較短的激光腔具有較高的閾電流密度，如圖3所示，當(dāng)較高電流密度泵運(yùn)量子阱時(shí)，峰增益就偏向較短波長(zhǎng)。這樣，激光器的輸出波長(zhǎng)可通過(guò)選擇激光腔的長(zhǎng)度來(lái)控制。本發(fā)明利用這一特征構(gòu)制了裝置，其輸出束能在多個(gè)波長(zhǎng)之間切換，然后作放大或調(diào)制。另外或者除了改變腔長(zhǎng)外，增大活性層中帶隙也能實(shí)現(xiàn)較短波長(zhǎng)的激光發(fā)射，而本發(fā)明還已利用該特征來(lái)構(gòu)制發(fā)射多波長(zhǎng)的裝置。
運(yùn)用上述諸特征，通過(guò)如圖5A所示組合多個(gè)串接互連的激光器，可制出波長(zhǎng)選擇激光裝置60。在該裝置中，多個(gè)脊型激光器諸如圖2的菱形激光器串接安置，如襯底70上制成一體的激光器62、64、66與68所示。各激光器頂面如激光器62的頂面71，包括如圖2的電極40的電極，對(duì)其連接一相應(yīng)的偏壓源如源72、74、76、78。加到若干激光器的偏壓可逐一變化，而且較佳地通過(guò)適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)諸如開(kāi)關(guān)82、84、86與88連接，以便有選擇地對(duì)相應(yīng)的激光器激勵(lì)。如圖所示，各激光器的腔長(zhǎng)即傳播的光通過(guò)激光器運(yùn)行的距離都不同。例如在一實(shí)施例中，以某一腔長(zhǎng)制作激光器62，在被偏壓源72激勵(lì)時(shí)將發(fā)射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于700μm腔長(zhǎng)的光，激光器64被激勵(lì)時(shí)將發(fā)射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于500μm腔長(zhǎng)的光，激光器66被激勵(lì)時(shí)將發(fā)射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于400μm腔長(zhǎng)的光，而激光器68被激勵(lì)時(shí)將發(fā)射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于320μm腔長(zhǎng)的光。應(yīng)該理解，這只是一例各激光器能產(chǎn)生的波長(zhǎng)，改變各激光器的腔長(zhǎng)，可產(chǎn)生其它波長(zhǎng)。同樣地，該例出于示例目的示出了四個(gè)激光器，但應(yīng)理解，本發(fā)明可用串接法使用更多或更少的激光器。
環(huán)形激光器較佳為單向性并定位成串聯(lián)，使第一激光裝置發(fā)射的輸出束耦入下一個(gè)串接的相鄰裝置，例如激光器62相對(duì)激光器64定位，使輸出束90從激光器62的輸出面92導(dǎo)到激光器64的輸入面94上。通過(guò)將激光器62與64定位成相互靠近并處于某一位置，使束90以某一入射角撞擊面94而被耦入激光器64，束90就被插入激光器64。以同樣方式，激光器64相對(duì)激光器66定位，使激光器64輸出面98發(fā)射的輸出束96以某一入射角撞擊激光器66的輸入面100而被插入激光器66。再者，激光器66發(fā)射的輸出束102被插入激光器68，而激光器68是本例串接的最后一個(gè)激光器，其輸出面106將發(fā)射輸出束104。
通過(guò)施加高于或低于其激光閾值的可選偏壓值，有選擇地對(duì)各激光器62、64、66與68激勵(lì)。當(dāng)偏置得高于閾值時(shí)，相應(yīng)的激光器將被激勵(lì)而產(chǎn)生處于其工作波長(zhǎng)的輸出光束，而偏置得低于閾值的激光器則不工作成激光器，較佳地被激勵(lì)得足以克服腔內(nèi)的損失，使腔對(duì)注入的光束實(shí)際上透明，以讓光束通過(guò)而無(wú)明顯的損失。這樣，例如若想讓裝置60產(chǎn)生波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于500μm腔長(zhǎng)的輸出束104，可關(guān)閉激光器62，而激光器64被接通并偏置成高于閾值，發(fā)射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于500μm腔長(zhǎng)的光束96。然后，激光器66與68被激勵(lì)成低于閾值而對(duì)激光器64的輸出呈透明，使激光器66也產(chǎn)生波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于500μm腔長(zhǎng)的輸出束102，而且激光器68被偏置得對(duì)該輸出束呈透明，在其輸出面106產(chǎn)生發(fā)射束104，所選波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于500μm腔長(zhǎng)。在另一例中，若要求波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于700μm腔長(zhǎng)的輸出束104，激光裝置62被激勵(lì)成高于閾值而產(chǎn)生輸出束90，其波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于700μm腔長(zhǎng)，而激光裝置64、66與68激勵(lì)成低于閾值，變得對(duì)束90透明。
另外或者除了上述的不同腔長(zhǎng)激光器外，也可用不同活性層帶隙的環(huán)形激光器產(chǎn)生裝置60所需的不同波長(zhǎng)發(fā)射。這類(lèi)激光器較佳的耦合是對(duì)應(yīng)于較大活性層帶隙的較短波長(zhǎng)發(fā)射激光器接收來(lái)自較長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)射激光器的光。較短波長(zhǎng)激光器對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)基本上透明，無(wú)須偏置。
在本發(fā)明示于圖5A的一個(gè)實(shí)施例中，各激光裝置的輸出面與串接的下一相鄰激光裝置的輸入面隔開(kāi)約2μm，使各激光裝置直接耦合到下一相鄰激光裝置而極少損失。
圖5A的波長(zhǎng)選擇裝置60配備-半導(dǎo)體光學(xué)放大器(SOA)元件110來(lái)調(diào)制輸出束104。上述環(huán)形激光器作反饋操作，故實(shí)際上不是放大器；當(dāng)偏壓超閾值時(shí)，這些激光器開(kāi)始產(chǎn)生激光。但SOA元件110為開(kāi)環(huán)，因而消除了反饋，可作強(qiáng)偏置以放大輸入波長(zhǎng)而不產(chǎn)生激光。因此，例如SOA元件包括四個(gè)分支112、114、116與118，在分支118與112接合處有輸入面120，在分支114與116接合處有輸出面122。但分支116與118被截短，故該環(huán)斷開(kāi)?？勺兤迷?24經(jīng)開(kāi)關(guān)126接SOA元件頂面的電極，作選擇性激勵(lì)。在被偏置源124激勵(lì)時(shí)，SOA元件110接收并放大激光器68的輸出束104，再發(fā)射經(jīng)放大的輸出束130。
雖然SOA元件常偏置成放大插入的光束104，但也可在零上偏置與反偏置之間切換而調(diào)制插入的光。SOA元件在反偏置下吸收光、讓光無(wú)損通過(guò)或在正偏置下放大，從而提供高速光調(diào)制功能。因此，圖5A的組合裝置60可操作成選擇期望的輸出波長(zhǎng)并放大和/或調(diào)制輸出光束。
SOA元件110可用圖5B所示的端直SOA140代替，它在分支146兩端設(shè)有輸入面142與輸出面144。較佳地，為盡可能增大輸出束104與SOA140的耦合，分支146以環(huán)形激光器的入射角水平線傾開(kāi)。在偏置源124激勵(lì)時(shí)，SOA元件140就放大激光器68的輸出束104，并發(fā)射經(jīng)放大的輸出束130。
把SOA用作調(diào)制器的一個(gè)缺點(diǎn)是它在零偏置時(shí)不透明，所加偏壓要正才能透明，使每一輸入光子都產(chǎn)生等效的輸出光子。為操作上述的波長(zhǎng)選擇裝置，這會(huì)導(dǎo)致較高的電流電平。降低這一電流的方法是設(shè)置-輸出電吸收(EA)調(diào)制器，其量子阱帶隙大于對(duì)應(yīng)于激光器激光波長(zhǎng)的能量，從而在零偏置時(shí)呈透明。這種較大的量子阱帶隙可通過(guò)各種制造技術(shù)提供，諸如外延再生長(zhǎng)，或通過(guò)使用無(wú)雜質(zhì)擴(kuò)散，諸如Yu等人的認(rèn)文“Effects of In0.53 Ga0.47 As CapLayer and Stoichiomefry of dielectric capping layers on impurity-freevacancy disordering of In0.53 Ga0.47As/InP multiquantum wellstractares”(Journal of Applied Physics，Vol.88，pps.5720-5723)所述。通過(guò)在零偏置與反偏置之間切換而調(diào)制光104的EA元件，可代替圖5A的SOA元件110或圖5B的SOA元件140。這種EA元件必須用活性層帶隙大于相應(yīng)于束104最短波長(zhǎng)的帶隙的材料構(gòu)制。
圖5A所示激光裝置串接結(jié)構(gòu)的替代結(jié)構(gòu)是圖6所示的選擇性激勵(lì)激光器的并聯(lián)結(jié)構(gòu)150。在該實(shí)施例中，設(shè)置了多個(gè)環(huán)形激光器152、154、156與158，各激光器有不同的腔長(zhǎng)，因此發(fā)射不同的光波長(zhǎng)，如上所述。如前所述，環(huán)形激光器較佳為單向性而且在-公共襯底160上整體制造。各激光器分別由相應(yīng)的切換型偏置源162、164、166與168有選擇地驅(qū)動(dòng)。當(dāng)被激勵(lì)為高于閾值時(shí)，各激光器分別發(fā)射相應(yīng)的輸出束172、174、176與178，各輸出束的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于其相應(yīng)激光器的腔長(zhǎng)。另外或者除了不同的腔長(zhǎng)以外，可用不同活性層帶隙的環(huán)形激光器產(chǎn)生不同的波長(zhǎng)發(fā)射。
在圖6的實(shí)施例中，所有激光器的輸出束平行插入公共半導(dǎo)體光學(xué)放大器180，后者由相應(yīng)的可變切換型偏置源182激勵(lì)。該例的SOA180有多個(gè)輸入分支184、186、188與190，各自配備一輸入面如192、194、196與198。SOA180是一開(kāi)環(huán)元件，偏置成放大插在任一輸入面的光束，并把輸入束傳到發(fā)射輸出束202的輸出面200。操作時(shí)，通過(guò)加高于其閾值的偏流，激活任一個(gè)或多個(gè)激光器152、154、156與158，產(chǎn)生波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于激活裝置腔長(zhǎng)的相應(yīng)輸出束。SOA180接收其相應(yīng)輸入面的光并作放大，再在輸出面200發(fā)射，輸出202具有激活激光器的波長(zhǎng)。若激活多個(gè)激光器，則輸出束202包括多個(gè)波長(zhǎng)。
雖然脊型激光器152、154、156與158被圖示為三角形，但應(yīng)明白，也可使用其它環(huán)形激光結(jié)構(gòu)，如可使用圖2的四分支的菱形激光器，需要時(shí)還可使用各種配置的彎曲型分支激光器或多分支激光裝置。
需要的話，SOA180的輸出束202可利用入口面206插入第二SOA調(diào)制器204，后者以上述圖5A中元件110的方式操作而調(diào)制束202，產(chǎn)生波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于所選激光器輸入波長(zhǎng)的已調(diào)輸出束210。圖6的集成結(jié)構(gòu)150可產(chǎn)生具有預(yù)選波長(zhǎng)的輸出激光束210，需要時(shí)由輸出SOA204調(diào)制。另如上面對(duì)圖5A裝置所述那樣，可用端直SOA或EA元件代替SOA204。
圖7示出本發(fā)明另一實(shí)施例，其中波長(zhǎng)選擇裝置220類(lèi)似于圖6裝置150，但不直接接在激光器與SOA180之間，各個(gè)SOA元件包括在激光器152、154、156和158之公共SOA元件180之間，對(duì)激光輸出作各別調(diào)制或放大。在該例中，為圖6實(shí)施例共用的元件記以同樣標(biāo)號(hào)。如圖所示，各激光器152、154、156與158的輸出束172、174、176與178被導(dǎo)入相應(yīng)的SOA元件222、224、226與228，這些元件各自被相應(yīng)的切換型可變偏置源232、234、236與238激勵(lì)。SOA元件可被激勵(lì)成放大或調(diào)制各激光裝置插入的束，產(chǎn)生插入SOA元件180輸入分支182、184、186與188各自輸入面的相應(yīng)輸出束。因此，圖7的組件提供被選擇性或同時(shí)激活的多個(gè)激光器，各激光器輸出被插入多分支公共輸出SOA元件180之前可逐一調(diào)制。這種集成裝置可用于輸出束202希望超過(guò)單一波長(zhǎng)的場(chǎng)合，特別適用于波分復(fù)用(WDM)。另如對(duì)圖5A所述，SOA元件222、224、226與228可用端直SOA元件或EA元件代替。
雖然輸入激光器152、154、156與158被圖示為三角形環(huán)形激光器，但應(yīng)明白，可應(yīng)用其它類(lèi)環(huán)形激光器，而且需要時(shí)，為提供附加的波長(zhǎng)選擇性，可對(duì)各SOA元件222、224、226與228的各輸入端應(yīng)用串接的激光器。
圖6和圖7的多分支SOA元件180在其輸出面200提供單一輸出，但需要的話，SOA元件可作修改，如圖8的250所示，以配用多個(gè)輸出分支252、254、256與258。各輸出分支設(shè)置-輸出面，裝置在圖示的每個(gè)面262、264、266與268發(fā)射輸出束。
圖9示出脊型半導(dǎo)體EA調(diào)制器280的俯視平面圖，該調(diào)制器用量子阱材料制造，帶隙大于對(duì)應(yīng)于輸入激光裝置282發(fā)射波長(zhǎng)的能量。該EA調(diào)制器280在零偏置時(shí)透明，但被合適的切換型偏置源284反偏置時(shí)，就變成吸收。因該調(diào)制器只需在零偏置與反偏置之間工作，故流過(guò)的電流極小，因此在制造加工中，裝置上的金屬被減至最少而降低了電容，使它能極高速地操作。圖示的調(diào)制器280配用了直角型面諸如面286，從而增大了路徑長(zhǎng)度而不過(guò)多占用襯底288上制作面積。
應(yīng)用多分支耦合器諸如圖8的耦合器180的一個(gè)缺點(diǎn)在于，它們?cè)诿?94、196與198發(fā)射不需要的光。圖10示出另一種SOA耦合器300，通過(guò)將束172、174、176與178有效地組合成-公共輸出元件，避免了這種不需要的發(fā)射。該例中，耦合器包括平行接受各束172、174、176與178的輸入分支302、304、306與308。這些束射入-公共輸出分支310，由此從耦合器300的輸出面發(fā)射輸出束210。如上所述，切換型偏置源182控制著該耦合器的操作。
在圖6、7或8的裝置中雖然用SOA180或250實(shí)現(xiàn)了光耦合而且在圖10的裝置中用SOA耦合器300實(shí)現(xiàn)了光耦合，但是在不需要SOA放大的一些場(chǎng)合中，希望用上述的EA元件取代這些SOA元件，使EA元件甚至不偏置而工作成耦合器，或除了成為耦合器外還工作成調(diào)制器。
雖然通過(guò)諸較佳實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，可以應(yīng)用各種脊型激光結(jié)構(gòu)而不違背下列權(quán)利要求所提出的本發(fā)明的精神與范圍。
權(quán)利要求
1.一種波長(zhǎng)選擇裝置，其特征在于，包括具有輸出面的第一半導(dǎo)體環(huán)形腔激光器，被激勵(lì)成在所述輸出面發(fā)射具有第一波長(zhǎng)的第一輸出束；具有輸入面與輸出面的第二半導(dǎo)體環(huán)形腔激光器，被激勵(lì)成在其輸出面發(fā)射具有第二波長(zhǎng)的第二輸出束；和所述第一與第二激光器串聯(lián)耦合成將所述第一輸出束導(dǎo)入所述第二腔輸入面。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一與第二激光器被選擇地激勵(lì)而產(chǎn)生所述第一與第二輸出束中被選擇的一個(gè)，并在所述第二腔輸出面發(fā)射選擇的束。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括多個(gè)串聯(lián)耦合的激光器，各激光器具有不同的腔長(zhǎng)并可激勵(lì)成產(chǎn)生具有相應(yīng)不同波長(zhǎng)的輸出束，所述激光器直接耦合，并被選擇性激勵(lì)成在串接激光器的輸出端產(chǎn)生相應(yīng)于-激勵(lì)激光器的波長(zhǎng)。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括耦接所述第二激光器的所述輸出面的調(diào)制器。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述調(diào)制器是半導(dǎo)體光學(xué)放大器。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述激光器和所述調(diào)制器整體制作在單塊半導(dǎo)體襯底上。
7.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述第一與第二激光裝置和所述調(diào)制器都是量子阱裝置，而所述調(diào)制器量子阱具有高于所述第一與第二激光器的帶隙。
8.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述調(diào)制器是電吸收調(diào)制器。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一與第二激光器分別具有不同的腔長(zhǎng)，被激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)于其腔長(zhǎng)的波長(zhǎng)。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一與第二激光器分別具有不同的活性層帶隙，被激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)于其帶隙的波長(zhǎng)。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括串聯(lián)耦合所述第一與第二激光器的附加激光器，各激光器被激勵(lì)成產(chǎn)生有相應(yīng)不同波長(zhǎng)的輸出束，所述激光器分別直接耦合下一相鄰的激光器，并可選擇性激勵(lì)成在串接激光器的輸出端產(chǎn)生相應(yīng)于被激勵(lì)激光器的波長(zhǎng)。
12.一種波長(zhǎng)選擇裝置，其特征在于，包括多個(gè)半導(dǎo)體激光器，分別具有帶輸出面的激光環(huán)形腔，可以激活成發(fā)射相應(yīng)波長(zhǎng)的光；多個(gè)可變偏置源，各偏置源接相應(yīng)的激光器，并且有選擇地激活其相應(yīng)的激光器；和所述激光器被接成將光導(dǎo)向公共輸出面而從所述輸出面發(fā)射-光束，其波長(zhǎng)相應(yīng)于所述被激活激光器發(fā)射的波長(zhǎng)。
13.如權(quán)利要求12所述的波長(zhǎng)選擇裝置，其中所述多個(gè)激光器串接所述公共輸出面。
14.如權(quán)利要求13所述的波長(zhǎng)選擇裝置，其中所述公共輸出面是所述激光器系列中最后一個(gè)激光器的輸出面。
15.如權(quán)利要求13所述的波長(zhǎng)選擇裝置，其中所述公共輸出面是光調(diào)制器耦接所述激光器系列的輸出面。
16.如權(quán)利要求12所述的波長(zhǎng)選擇裝置，其中所述多個(gè)激光器平行耦接所述公共輸出面。
17.如權(quán)利要求16所述的波長(zhǎng)選擇裝置，其中所述公共輸出面是輸出耦合器的輸出面，所述輸出耦合器有多個(gè)分別耦接相應(yīng)所述多個(gè)激光器之一的輸入端。
18.一種波長(zhǎng)選擇裝置，其特征在于，包括第一半導(dǎo)體環(huán)形腔激光器，具有第一腔長(zhǎng)和第一輸出面，可激勵(lì)成在所述第一輸出面發(fā)射第一波長(zhǎng)光；至少一個(gè)第二半導(dǎo)體環(huán)形腔激光器，具有第二腔長(zhǎng)和第二輸出面，可激勵(lì)成在所述第二輸出面發(fā)射第二波長(zhǎng)光；和耦合器，具有至少分別耦接所述第一與第二激光器的輸出面的第一與第二輸入面，還有至少一個(gè)輸出面。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述第一與第二激光器選擇性激勵(lì)成在所述耦合器輸出面發(fā)射選擇的波長(zhǎng)束。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述耦合器包括多個(gè)輸入面，還包括多個(gè)環(huán)形腔激光器，各激光器具有不同的腔長(zhǎng)和發(fā)射相應(yīng)不同輸出光波長(zhǎng)的輸出面，各激光器輸出面耦接所述多個(gè)輸入面中相應(yīng)的一個(gè)。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述環(huán)形腔激光器選擇性激勵(lì)成選擇所述耦合器發(fā)射的光波長(zhǎng)。
22.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述耦合器有多個(gè)輸出面。
23.如權(quán)利要求18的裝置，其特征在于還包括-耦接在每個(gè)所述環(huán)形激光器輸出面與相應(yīng)耦合器輸入面之間的調(diào)制器。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述耦合器有多個(gè)輸出面。
25.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述耦合器可調(diào)制。
26.一種光子裝置，其特征在于，包括至少一個(gè)半導(dǎo)體環(huán)形腔激光器，可激勵(lì)成在第一輸出面發(fā)射其頻率對(duì)應(yīng)于該激光器腔長(zhǎng)的輸出光束；半導(dǎo)體光學(xué)調(diào)制器，具有直接耦接所述第一輸出面而接收所述光束的輸入面和調(diào)制器輸出面，所述調(diào)制器激勵(lì)成在所述調(diào)制器輸出面調(diào)節(jié)發(fā)射的所述光束。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述環(huán)形激光器和所述調(diào)制器整體制作在半導(dǎo)體襯底上。
28.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述形激光器和所述調(diào)制器都是量子阱裝置，而所述調(diào)制器的帶隙高于所述環(huán)形激光器的帶隙。
全文摘要
一種能發(fā)射所選波長(zhǎng)光的集成型半導(dǎo)體激光裝置，包括多個(gè)串聯(lián)或半聯(lián)耦接－公共輸出端的不同腔長(zhǎng)的環(huán)形激光器，可產(chǎn)生波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于所選環(huán)形激光器的輸出束。
文檔編號(hào)H01S3/083GK1675808SQ03819720
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月23日
發(fā)明者A·A·貝法, 小A·T·謝里默爾, C·B·史塔加爾斯庫(kù) 申請(qǐng)人:賓奧普迪克斯股份有限公司