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具有光学插入器的表面耦合激光器制造技术

技术编号:22174679 阅读:48 留言:0更新日期:2019-09-21 15:19
示例性系统包括光栅耦合激光器、激光光学插入器(LOI)、光学隔离器和光重定向器。光栅耦合激光器包括激光腔和光学耦合到激光腔的发射光栅。发射光栅被配置为将激光腔发射的光衍射出光栅耦合激光器。LOI包括具有输入端和输出端的LOI波导。光学隔离器位于表面耦合边缘发射激光器和LOI之间。光重定向器定位为在光通过光学隔离器之后将光重定向到LOI的LOI波导中。

Surface Coupled Laser with Optical Insertor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有光学插入器的表面耦合激光器相关申请的交叉引用本申请要求享有于2016年12月6日提交的美国临时申请No.62/430,797的权益和优先权,上述申请通过引用的方式结合于此。
本文讨论的实施例涉及表面耦合系统,其包括表面耦合激光器和激光光学插入器(LOI)。
技术介绍
除非本文另有说明,否则本文所述的材料不是本申请权利要求的现有技术,并且不因包含在本部分中而承认是现有技术。将来自单模边缘发射激光器的光耦合到硅(Si)光子器件较昂贵,因为它通常需要两个透镜和大的隔离器块。在包括这种激光器和Si光子器件的系统中,对准公差可小于0.5微米(μm)。这种低对准公差通常需要满足有源对准。本文要求保护的主题不限于解决诸如上述的任何缺点或仅在诸如上述的环境中操作的实施方式。而是,提供该背景仅用于例示可以实践本文描述的一些实施方式的一个示例性

技术实现思路
提供本
技术实现思路
以便以简化的形式介绍一组概念,这组概念将在以下的具体实施方式中做进一步描述。本
技术实现思路
并非旨在标识所保护主题的关键特征或必要特征,也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。本文描述的一些实施例总体上涉及包括表面耦合激光器和LOI的表面耦合系统。在示例性实施例中,一种系统包括光栅耦合激光器、LOI、光学隔离器和光重定向器。光栅耦合激光器包括激光腔和光学耦合到激光腔的发射光栅。发射光栅被配置为将激光腔发射的光衍射出光栅耦合激光器。LOI包括具有输入端和输出端的LOI波导。光学隔离器位于表面耦合边缘发射激光器和LOI之间。光重定向器定位为在光通过光学隔离器之后将光重定向到LOI的LOI波导中。在另一示例实施例中,一种方法包括从光栅耦合激光器的有源部分发射光。该方法还包括在光栅耦合激光器的发射光栅处将光衍射出光栅耦合激光器。该方法还包括使光通过位于光的光路中的光学隔离器。该方法还包括将光重定向以在水平方向上传播到LOI的LOI波导中。该方法还包括接收水平传播到LOI波导中的光。本专利技术的附加特征和优点将在下面的说明中阐述,并且部分地将依据说明而显而易见,或者可以通过本专利技术的实践来学习。借助于所附权利要求中特别指出的器具和组合,可以实现和获得本专利技术的特征和优点。依据以下说明和所附权利要求,本专利技术的这些和其它特征将变得更加明显,或者可以通过如下所述的实践本专利技术来获知。附图说明为了进一步阐明本专利技术的上述和其他优点和特征,将通过参考在附图中示出的本专利技术的特定实施例来呈现本专利技术的更具体的描述。应理解,这些附图仅示出了本专利技术的典型实施例,因此不应视为限制其范围。通过使用附图,借助附加特征和细节来描述和解释本专利技术,附图中:图1示出了示例性表面耦合系统;图2A和2B示出了可以在表面耦合系统中实现的示例性表面耦合边缘发射激光器;图2C示出了可以在表面耦合系统中实现的另一示例性表面耦合边缘发射激光器;图3示出了包括LOI的另一示例性表面耦合系统;图4示出了图3的LOI的输入界面的界面角θ的推导;图5示出了示例性LOI的俯视图和横截面图;图6示出了具有两个垂直分离且平行的波导芯的示例性LOI的横截面图;图7示出了另一示例性表面耦合系统;图8示出了另一示例性LOI的俯视图和横截面图;图9是另一示例性LOI的横截面图;图10示出了图9的LOI的模拟输入光学模式;图11A包括另一示例性LOI的横截面图;图11B包括图11A的LOI的第一和第二波导芯的俯视图;图12示出了图11A的LOI的一部分;图13是作为图11A的LOI的SSC部分的长度的函数的转换效率的模拟;图14示出了图11A的LOI和SiPIC;图15示出了具有第一激光器到LOI耦合配置的示例性表面耦合系统;图16示出了具有第二激光器到LOI耦合配置的另一示例性表面耦合系统;图17示出了具有第三激光器到LOI耦合配置的另一示例性表面耦合系统;图18示出了具有第四激光器到LOI耦合配置的另一示例性表面耦合系统;图19示出了具有第五激光器到LOI耦合配置的另一示例性表面耦合系统;图20示出了具有第六激光器到LOI耦合配置的另一示例性表面耦合系统,所有这些都根据本文描述的至少一个实施例来布置。具体实施方式2017年6月22日公开的美国公开No.2017/0179680(下文称为'680公开)和2016年8月2日公布的美国专利No.9,405,066(下文称为'066专利)通过引用的方式结合于此。本文和/或'680公开中描述的一些实施例消除了对诸如
技术介绍
中描述的系统中的透镜的需要,这可以减少部件数量和成本,并且显著简化这种系统中的封装过程。隔离器可用于这种系统中。在这种系统中不存在透镜可以显著减小隔离器的尺寸和成本,并且可以显著增加对准公差。例如,对准公差可以从约0.1μm(其必须通过有源反馈对准来完成,需要在对准期间打开激光器)增加10倍或甚至50倍或更多,达到在无源对准拾放机(即,无需打开激光器)中实现的约1-2μm或者甚至5-8μm或更多。可替换地或另外地,本文描述的实施例可以实现激光器的晶圆级测试。根据'680公开中公开的一些实施例,提供包括第一表面光栅(或第一衍射光栅或发射光栅)和第二表面光栅(或第二衍射光栅或接收光栅)的表面耦合系统,以将光从边缘发射激光器耦合到PIC,例如SiPIC。在一些实施例中,第一和第二表面光栅可以各自包括小折射率对比度长表面光栅。通常,小折射率对比度长表面光栅可包括折射率对比度小于约1-1.5且长度大于10μm的表面光栅。在其他实施例中,第一和第二表面光栅可各自包括大面积表面光栅(LASG),其长度大于约10μm并且具有或不具有小折射率对比度。边缘发射激光器可以包括磷化铟(InP)激光器或其他合适的边缘发射激光器。InP激光器可以包括输入无源波导,其在扇出区域中扩展到第一表面光栅。第一表面光栅可以被配置为对于由第一表面光栅衍射的光束生成大约8-40μm的相对大的光学模式光斑尺寸。在具有发射光栅的相同芯片中形成的这种边缘发射激光器在本文中可称为表面耦合边缘发射激光器。根据'680公开中描述的实施例,接收光栅可以形成在SiPIC中。接收光栅可以被配置为接收由发射光栅衍射的光并将光重定向到SiPIC的波导中。'680公开中描述的实施例另外包括第一衍射光栅的各方面。在示例性实施例中,表面耦合系统可以包括表面耦合边缘发射激光器和PIC。表面耦合边缘发射激光器可以包括第一波导和光学耦合到第一波导的第一衍射光栅。PIC可以包括第二波导和光学耦合到第二波导的第二衍射光栅。表面耦合边缘发射激光器的第一波导可包括具有芯折射率的芯,具有顶部包层折射率的顶部包层,以及作为具有底部包层折射率的底部包层的衬底。第一衍射光栅可包括形成在第一波导的芯上的光栅齿,每个光栅齿可以具有总高度、在第一波导的芯之上的高度、周期和占空比。芯折射率可以大于第一阈值,使得第一衍射光栅的有效折射率足够高于底部包层折射率,以避免衍射光学模式泄漏到衬底中。上述第一表面光栅可以替代地或另外地称为第一衍射光栅或发射光栅。上述第二表面光栅可以替代地或另外地称为第二衍射光栅或接收光栅。如本文所用,“发射光栅”通常可以指包括在表面耦合边缘发射激光器的无源部分中的衍射光栅,其将来自表面耦合边缘发射激光器的激光腔的光向下衍射穿过衬底和/或其本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种系统,包括:光栅耦合激光器,包括激光腔和光学耦合到所述激光腔的发射光栅,所述发射光栅被配置为将所述激光腔发射的光衍射出所述光栅耦合激光器;激光光学插入器(LOI),包括具有输入端和输出端的LOI波导;光学隔离器,位于表面耦合边缘发射激光器和所述LOI之间;及光重定向器,定位为在光通过所述光学隔离器之后将光重定向到所述LOI的所述LOI波导中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.06 US 62/430,7971.一种系统,包括:光栅耦合激光器,包括激光腔和光学耦合到所述激光腔的发射光栅,所述发射光栅被配置为将所述激光腔发射的光衍射出所述光栅耦合激光器;激光光学插入器(LOI),包括具有输入端和输出端的LOI波导;光学隔离器,位于表面耦合边缘发射激光器和所述LOI之间;及光重定向器,定位为在光通过所述光学隔离器之后将光重定向到所述LOI的所述LOI波导中。2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述LOI波导包括波导芯和包层,所述波导芯包括在所述LOI波导的输入端处的锥形,并且所述LOI波导的输入端具有与由所述光栅耦合激光器输出光的光学模式基本匹配的光学模式。3.根据权利要求2所述的系统,其中,所述LOI波导的输入端的光学模式具有10微米(μm)至15μm范围内的w0参数。4.根据权利要求1所述的系统,还包括硅(Si)光子集成电路(PIC),其包括波导,所述波导具有位于所述LOI波导的输出端下方的锥形端,所述波导的锥形端在两个正交方向上与LOI的输出端对准,所述LOI波导和SiPIC中的波导形成绝热耦合器。5.根据权利要求4所述的系统,其中,所述LOI波导的输出端具有与所述SiPIC的波导的光学模式基本匹配的光学模式。6.根据权利要求5所述的系统,其中,所述LOI波导的输出端的光学模式具有4微米(μm)至5μm范围内的w0参数。7.根据权利要求1所述的系统,还包括对接耦合到所述激光光学插入器的单模光纤。8.根据权利要求7所述的系统,其中,所述LOI波导具有输出端以将所述光输出到所述单模光纤中,并且其中,所述输出端具有与所述单模光纤的光学模式基本匹配的光学模式。9.根据权利要求8所述的系统,其中,所述输出端的光学模式具有4微米(μm)至5μm范围内的w0参数。10.根据权利要求1所述的系统,其中,所述光重定向器包括在所述LOI中形成的成角度的输入界面。11.根据权利要求10所述的系统,还包括形成在所述成角度的输入界面上的HR涂层。12.根据权利要求1所述的系统,其中,所述光束重定向器包括耦合到所述光隔离器并且位于所述光隔离器和所述LOI之间的微棱镜。13.根据权利要求1所述的系统,其中,所述光束重定向器包括反射镜,所述反射镜包括光学定位在所述光学隔离器和所述LOI之间的成角度平面。14.根据权利要求13所述的系统,其中,所述反射镜包括Si反射镜或金属反射镜,所述Si反射镜或金属反射镜耦合到所述光学隔离器的底部并且与所述光学隔离器和所述LOI作为一个单元封装在一起。15.根据权利要求1所述的系统,其中:所述光栅耦合激光器被定向为所述发射光栅垂直于所述LOI波导;及所述光束重定向器包括耦合到光学隔离器的底部的楔形棱镜。16.根据权利要求1所述的系统,其中:所述光束重定向器包括具有平台和成角度平面的硅(Si)光学工作台;所述光栅耦合激光器和所述光...

【专利技术属性】
技术研发人员:D·马格雷夫特林世云李真型
申请(专利权)人:菲尼萨公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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