本发明专利技术显著地涉及用于光学增益测量的光子电路器件(100)，其包含：基板(10)，具有光子电路，该光子电路包含限定沿相同方向对准的两个波导部分的一个或多个波导(71、72)；有源增益区(62‑66)，位于该基板的顶部上且耦合在该器件中，以通过电泵送或光学泵送产生光；至少两个光耦合器(75、76)，经布置以使得该有源增益区的至少一部分位于该光耦合器之间，且配置为耦合位于该有源增益区与该波导部分之间的光；以及部分反射器(90)，布置为将沿该相同方向传播的光反射回该增益区的中心，且其中该器件不包含相对于该有源增益区与该部分反射器相对且配置为将光反射回该增益区的中心的任何其他反射器。本发明专利技术进一步涉及相关的增益测量方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及光子电路器件的领域，特别是，涉及光学增益测量。
技术介绍
硅光子涉及光子系统，这种情况下，由于材料的低损耗，硅用于光传播的介质。硅 光子使用互补性金属氧化物半导体(CMOS)电子元件中利用的众所熟知的硅制造原理。通常 以次微米精度将特征图案化至微光子部件中（以在红外光中操作）。绝缘体上硅(SOI)典型 地用作选择的材料。硅光子器件的制造可另外涉及已知的半导体制造技术；因为大多数集 成集成电路已将硅用作基板选择，创建混合式器件是可能的，在该混合式器件中将光学及 电子部件集成至单芯片上。 为满足未来计算系统的要求，需要片上电互连件的高速及节能的替代器件。集成 集成光学，特别是硅光子满足这样的要求。需要用于大规模制造低成本、高效能的基于CMOS 的芯片的具有相容光源的集成光学互连件。由于硅的间接能带隙，无可用的硅基光源。有效 光源典型地基于异质或混合集成于硅光子平台上的III-V族半导体。 迄今最有前景的方法诉诸于将基于III-V族的完全外延增益层堆叠或薄晶种层 (可经受连续的再生长)接合至硅光子波导的顶部。在其中任一情况下，要测量、表征及评估 激光结构或光源，则需要特殊的测试结构，以便了解关键器件参数。关键参数之一为光学增 益。增益的计算并不非常精确，因此需要测量该增益，以模型化增益层，且因此最佳化有源 光学器件，诸如激光或光学放大器。然而，对于片上应用(诸如硅光子），增益测量非常具有 挑战性。原因为现有技术及方法涉及裂开刻面或要求许多器件，这不为片上应用中的实现 所需，因为该方法费时、具有破坏性和/或由于大量消耗占用面积。而且，这样的技术可能要 求高解析度分光计，以便解析输出功率谱中的振荡。此外，大多数现有概念仅可提取阈值以 下或阈值周围的光学增益，这对于激光器件的操作为常见模式。因此，在所感兴趣发光器件 中使用的实际栗送条件（即栗送电流密度等于目标激光的操作条件)下，已知的标准技术并 不可能表征增益材料的操作条件的增益性质。 总之，不存在允许简单测量片上光学器件的增益的适当器件，即，不制造多个器 件，必须使器件裂开或研磨器件的刻面，以将多个接触应用至增益测量结构，或以在实际栗 送/操作条件下精确测量阈值以上的增益。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术体现为一种用于光学增益测量的光子电路器件，该光子电 路器件包含： _基板，该基板具有光子电路，该光子电路包含一个或多个波导，该波导限定沿相 同方向对准的两个波导部分； -有源增益区，该有源增益区位于基板的顶部上，且耦合在器件中通过电栗送或光 学栗送产生光； -至少两个光耦合器，该耦合器经布置以使得该有源增益区的至少一部分位于该 光耦合器之间，且配置为耦合有源增益区与该波导部分之间的光；以及 -部分反射器，该部分反射器经布置，以便将沿该相同方向传播的光反射回该增益 区的中心， 且其中，该器件并不包含相对于该有源增益区与该部分反射器相对，且配置为将 光反射回增益区的中心的任何其他反射器。在实施例中，该光親合器沿所述相同方向纵向延伸。 优选地，该光耦合器各自包含至少一个锥形部分，所述锥形部分终止波导部分或 连接至有源增益区，且其中，优选地，该锥形部分实质上各自具有抛物线形状。 在优选实施例中，该光耦合器各自包含两个锥形部分，该锥形部分相反取向且重 叠，其中该两个锥形部分的第一个终止各自的波导部分，该两个锥形部分的第二个连接至 该有源增益区。 优选地，该波导部分的每个包含额外的光親合器，部分反射器位于该光親合器的 一个与这样的额外的光耦合器之间，其中每个额外的光耦合器优选地位于波导部分的所述 每个的一端，该一端与波导部分的所述每个的另一端(最接近该光親合器的一端)相对。 在实施例中，额外的光親合器为光栅親合器，该光栅親合器配置为能够垂直测量 在所述额外的光耦合器处发射的光。 优选地，光子电路为硅光子电路，且更优选地，该基板进一步包含除光子电路之外 的电路。在优选实施例中，该波导部分各自直接在该器件的介电层上延伸，其中，优选地介 电层位于该基板的顶部上，且该介电层的厚度超过1微米。 优选地，该一个或多个波导的每个与接合层接触，且各波导优选地部分嵌入该接 合层中，且各波导更优选地具有与接合层表面齐平的一个表面，所述接合层优选为以下的 一个:聚合物;Si〇2;或Al 2〇3或它们的任意组合。 在实施例中，增益区包含以下的一个或多个:III-V族半导体材料、II-VI族半导体 材料，诸如锗的半导体、诸如硅锗的半导体合金、聚合物、包含嵌入量子点及/或量子线的材 料或量子阱材料。 优选地，该增益区为III-V族半导体材料增益区，该增益区包含： -底部接触层，该底部接触层包含第一金属接触;及 -上部分，该上部分位于底部接触层的顶部，且包含第二金属接触。 在优选实施例中，该增益区包含外延层堆叠，该外延层堆叠包括n型掺杂半导体， 该n型掺杂半导体的至少部分形成该底部接触的至少部分，且其中该外延层堆叠进一步包 含上堆叠，该上堆叠形成III-V族半导体材料增益区的所述上部分的至少部分，且该上堆叠 自身包含： -第一本征半导体，该第一本征半导体位于该n型掺杂半导体的顶部上； -多量子阱区，该多量子阱区位于该第一本征半导体的顶部上； -第二本征半导体，该第二本征半导体位于该多量子阱区的顶部上；以及 -p型掺杂半导体，该p型掺杂半导体位于该第二本征半导体的顶部上。 在特定的优选实施例中，该光子电路包含两个波导，每个波导限定该波导部分的 一个；以及该光耦合器配置为使该有源增益区（一方面)与该两个波导的每个(另一方面)之 间的光能够耦合，其中该两个光耦合器的每个包含两个锥形部分，该锥形部分相反取向且 重叠，且其中： -该两个锥形部分的第一个形成该波导部分的一个的一端；以及 -该两个锥形部分的第二个连接至该有源增益区，且优选地形成该有源增益区的 一部分。 在变型中，该光子电路仅包含限定该两个波导部分的一个波导，该波导优选地具 有变化的横截面，该变化的横截面更优选地具有中间部分，该中间部分与该波导的外部分 相比具有减小的宽度，其中外部分限定所述两个波导部分。 根据另一个方面，本专利技术可体现为一种光学增益测量的方法，该方法包含以下步 骤：提供根据以上实施例的任一个的器件，其中所述两个波导部分包含第一波导部分 及第二波导部分； 通过电栗送或光学栗送激发该增益区，以在该增益区中产生光； 经由光耦合器使得所产生的光转移至两个波导部分中的每个，在该部分反射器处 部分地反射该光；以及感测从该第一波导部分发射的光的光功率及从该第二波导部分发射的光的光功 率两者，以评估该有源增益区的光学增益，其中执行感测以使得： 从该第一波导部分发射的该光包含以下两者： 经产生且直接转移至该第一波导部分的光；以及 经产生、在部分反射器处经反射且随后转移至第一波导部分的光，以及 从该第二波导部分发射的所述光包含在该部分反射器处不反射的光。 在实施例中，所提供的器件的波导部分的每个包含额外光耦合器，该部分反射器 位于该光耦合器的一个与这样的额外的光耦合器之间，该额外的耦合器优选地位于波导部 分的所述每个的一端，该一端与波导部分的所述每个的另一端(最接近该光親合器额一端） 相对；以及在该额外的光本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于光学增益测量的光子电路器件(100)，该光子电路器件(100)包含：‑基板(10)，该基板(10)具有光子电路，该光子电路包含一个或多个波导(71、72)，该波导(71、72)限定沿相同方向对准的两个波导部分；‑有源增益区(62‑66)，该有源增益区(62‑66)位于该基板的顶部上且耦合在该器件中以通过电泵送或光学泵送产生光；‑至少两个光耦合器(75、76)，该光耦合器(75、76)布置为该有源增益区的至少一部分位于该光耦合器之间，且该光耦合器(75、76)配置为耦合该有源增益区与所述波导部分之间的光；以及‑部分反射器(90)，该部分反射器(90)经布置以便将沿所述相同方向传播的光反射回该增益区的中心，且其中，该器件不包含相对于该有源增益区与所述部分反射器相对且配置为将光反射回该增益区的该中心的任何其他反射器。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：J霍夫里克特，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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