可变限制的单片主振荡器功率放大器制造技术

一种主振荡器功率放大器包括：半导体激光器，其形成在衬底上并被配置为输出光学信号；以及半导体光学放大器(SOA)，其形成在该衬底上。该SOA包括具有光学有源区域的光波导，其中，该光波导被配置为沿至少两个维度来扩展光学信号的模式尺寸。学信号的模式尺寸。学信号的模式尺寸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可变限制的单片主振荡器功率放大器


[0001]本公开中提出的实施例总体上涉及可变限制的单片主振荡器功率放大器，更具体地，涉及包括超模(supermode)过滤波导发射器的主振荡器功率放大器。

技术介绍

[0002]相干调制格式是长距离和城域网应用的主要关注点，并且在短距离和数据中心互连(DCI)应用中越来越受到关注。然而，由于调制相位和振幅两者，因此硅中的相干调制器本质上是高损耗的。对于即将推出的600GB、800GB和1TB应用，相干调制器的发送器插入损耗估计为25
‑
29dB。同时，进入光纤所需的发送器输出功率在0与+3dBm之间。
附图说明
[0003]为了能够详细地理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施例对上文简要概述的本公开进行更具体的描述，其中一些实施例图示在附图中。然而，需要注意的是，附图示出了典型的实施例，因此不应视为限制性的；可以预期其他等效的实施例。
[0004]图1是根据一个或多个实施例的示例性光学系统的框图。
[0005]图2是根据一个或多个实施例的超模过滤波导发射器的截面图，该发射器具有布置在脊(ridge)中的光学有源区域。
[0006]图3A和图3B是示出根据一个或多个实施例的使用超模过滤波导发射器来过滤光学模式的示意图。
[0007]图4是示出根据一个或多个实施例的使用超模过滤波导发射器来传播光学模式的示意图。
[0008]图5是根据一个或多个实施例的具有超模过滤波导发射器的示例性主振荡器功率放大器的俯视图。
[0009]图6A和图6B是根据一个或多个实施例的图5的示例性主振荡器功率放大器的视图。
[0010]图7A至图7C示出了根据一个或多个实施例的半导体激光器的示例性光栅图案。
[0011]图8A和图8B示出了根据一个或多个实施例的半导体激光器和半导体光学放大器的示例性布置。
[0012]图9是根据一个或多个实施例的示例性光学系统的俯视图。
[0013]为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示图中共同的相同元件。可以预期的是，一个实施例中公开的元件可以有益地用于其他实施例，而无需具体叙述。
具体实施方式
[0014]概述
[0015]在一个实施例中，一种光学装置包括：形成在衬底上的半导体激光器；以及形成在
衬底上并与半导体激光器光学耦合的超模过滤波导(SFW)发射器。SFW发射器包括与第二光波导倏逝波耦合的第一光波导。第一光波导和第二光波导被共同配置为仅选择性地传播多个光学模式中的第一模式。第一光波导和第二光波导中的一者包括光学有源区域。
[0016]在另一实施例中，一种主振荡器功率放大器包括：半导体激光器，其形成在衬底上并被配置为输出光学信号；以及半导体光学放大器(SOA)，其形成在衬底上。SOA包括具有光学有源区域的光波导，其中，该光波导被配置为沿至少两个维度扩大光学信号的模式尺寸。
[0017]在另一实施例中，一种光学系统包括：光子芯片，其包括光学组件；半导体激光器，其形成在与光子芯片分开的衬底上；以及超模过滤波导(SFW)发射器，其形成在衬底上并与半导体激光器和光学组件光学耦合。SFW发射器包括与第二光波导倏逝波耦合的第一光波导。第一光波导和第二光波导被共同配置为仅选择性地传播多个光学模式中的第一模式。第一光波导和第二光波导中的一者包括光学有源区域。
[0018]示例实施例
[0019]与光子芯片一起使用的激光源面临许多挑战，包括扩展到更高的输出功率水平以支持更高的数据速率(即，通过更快的调制和/或更多的光学通道)；与光子芯片的复杂和/或昂贵的光学对准过程；和/或通过加入光斑尺寸转换器增加了复杂性和光学损耗。使用单一的、高功率的片外激光源可以支持许多平行的光学通道，该片外激光源可以降低激光源的成本、尺寸和复杂性。
[0020]单频激光源的最大输出功率通常是波导宽度、厚度和长度的函数。波导宽度的典型值约为5微米或更小，波导厚度的典型值约为1微米，并且波导长度的典型值约为1.5毫米或更小(例如，基于在分布式反馈激光器中对光栅进行写入的技术限制)。这些典型值通常将最大输出功率限制为小于100毫瓦。可以通过用半导体光学放大器(SOA)跟随激光器来增加激光源的输出功率。然而，光波导的尺寸限制了最大输出功率。
[0021]根据本文讨论的实施例，主振荡器功率放大器(MOPA)包括半导体激光器和SOA。MOPA通过集成分布式反馈(DFB)激光器或分布式布拉格反射器(DBR)激光器，然后再集成SOA，在单个芯片上提供高功率、单频的激光源。在一些实施例中，单片MOPA包括耦合的超模过滤波导(SFW)。SFW产生具有大光斑尺寸的单模波导，并提供了用于通过对材料堆叠进行适当调整来定制光斑形状的灵活性。SFW还允许通过产生大模式、低限制结构来实现高光学功率(例如，500毫瓦或更大)。在一些实施例中，SFW通过改变脊的宽度而不是依靠复杂且有损失的再生长过程来充当光斑尺寸转换器。此外，通过使用间隔件层作为蚀刻停止层，SFW可能更可重复性地制造。
[0022]图1是根据一个或多个实施例的示例性光学系统的框图100。该光学系统包括主振荡器功率放大器(MOPA)105，该放大器与光子芯片140进行光学耦合。MOPA 105包括形成在衬底115上的半导体激光器110。半导体激光器110输出光学信号120。在一个实施例中，半导体激光器110是输出连续波(CW)光学信号的可集成的可调谐激光器组件(ITLA)，但也可以预期其他类型的光源。即，半导体激光器110输出未经调制的光学信号，在某些情况下，它的输出功率不足以执行相干调制。衬底115可以由任何合适的(一种或多种)半导体材料形成，如硅衬底、磷化铟(InP)衬底等。
[0023]MOPA 105还包括形成在衬底115上的半导体光学放大器(SOA)125。SOA 125与半导体激光器110进行光学耦合，并使用包括光学有源区域135的超模过滤波导(SFW)发射器130
来放大接收到的光学信号120。SOA125输出经放大的光学信号150，该光学信号由光子芯片140的光学组件145接收。SOA 125的尺寸被设计为向光学信号120提供所需的光学功率增加。在一些实施例中，SOA 125(例如，SFW发射器130)的尺寸也被设计为相对于光学信号120的模式尺寸来增加经放大的光学信号150的模式尺寸。随着模式尺寸的增加，SOA 125可以提供增大的与光学组件145的耦合效率。例如，经放大的光学信号150的模式尺寸可以被选择为与光学组件145的模式尺寸基本上匹配。
[0024]在一些实施例中，光子芯片140包括块状硅(Si)衬底，其中用于生产有源光学器件(例如，激光器、检测器、调制器、吸收器)的一个或多个特征或材料被预处理。在一些实施例中，光子芯片140被形成为绝缘体上硅(SOI)器件，该器件包括衬底、掩埋绝缘体层(或掩埋氧化物(BOX)层)以及表面层，有源光学器件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学装置，包括：半导体激光器，其形成在衬底上；以及超模过滤波导(SFW)发射器，其形成在所述衬底上并与所述半导体激光器光学耦合，所述SFW发射器包括与第二光波导倏逝波耦合的第一光波导，其中，所述第一光波导和所述第二光波导被共同配置为仅选择性地传播多个光学模式中的第一模式，并且其中，所述第一光波导和所述第二光波导中的一者包括光学有源区域。2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述第一光波导和所述第二光波导被间隔件层隔开。3.根据权利要求1或2所述的光学装置，其中，所述SFW发射器的第一光波导被布置在所述光学装置的基部中，并且其中，所述SFW发射器的第二光波导被布置在所述光学装置的脊部中，所述脊部从所述基部延伸。4.根据权利要求3所述的光学装置，其中，所述第二光波导沿所述脊部具有不同的宽度，并且其中，随着光学信号通过所述第二光波导传播，所述不同的宽度改变了所述第一模式的限制。5.根据权利要求3或4所述的光学装置，其中，所述半导体激光器包括形成到所述脊部中的光栅图案。6.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置，还在以下各项中的一项中包括亚波长光栅：(i)所述SFW发射器；和(ii)所述半导体激光器和所述SFW发射器之间的过渡区域。7.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置，其中，所述半导体激光器包括掩埋光栅层。8.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置，其中，所述第二光波导延伸到所述光学装置的第一面，其中，所述半导体激光器延伸到所述光学装置的相对的第二面，并且其中，所述第二光波导的长轴与所述第一面以非正交角度相交。9.根据权利要求8所述的光学装置，其中，所述半导体激光器的长轴与所述第二光波导的长轴对准。10.根据权利要求8所述的光学装置，其中，所述半导体激光器的长轴与所述第二光波导的长轴不对准。11.根据权利要求8至10中任一项所述的光学装置，其中，抗反射涂层被应用到所述第一面。12.根据权利要求8至11中任一项所述的光学装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：多米尼克，
申请(专利权)人：思科技术公司，
类型：发明
国别省市：