【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、本专利技术涉及半导体光子、分立光学、集成光学和光电装置。特别地，本专利技术涉及基于集成衍射光栅的单芯片上的高度集成的紧凑型半导体激光器。
2、目前基于衍射光栅的半导体激光系统通常使用分立光学衍射光栅及分立光学元件，例如在光学上彼此对准很繁琐的透镜。这种基于衍射光栅的半导体激光系统有时被称为衍射光栅半导体激光器。它们具有利用衍射光栅或利用光栅将几个波长组合在一起成为单个输出镜的波长选择性的优点。然而，基于分立光学元件的激光系统在机械上很脆弱。它们通常非常重，不易携带或移动。
3、在尺寸上非常紧凑、重量非常轻、机械上非常坚固、制造成本低以及壁插式电源效率高的单个集成芯片上的集成激光系统领域中存在未满足的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的是提供在芯片上的超紧凑型高度集成衍射光栅半导体激光器，与基于分立光学元件的典型激光器相比其尺寸紧凑、重量轻、机械上坚固、制造成本低，并且在某些情况下，壁插式电源效率高或光功率输出高。
2、本专利技术的另一个目的是基于几个关键集成光学元件的集成在单个半导体芯片上提供一种集成半导体激光器系统，从而在具有多种功能配置的单个芯片上产生高效的激光器。
3、本专利技术克服了现有技术对使用分立光学元件的基于衍射光栅的半导体激光系统的上述限制。
4、在本专利技术的一个实施方案中，通过集成弯曲衍射光栅与一个或多个集成布拉格光栅反射器的结合使用将激光系统集成在单个集成芯片上，这使得完全集
5、在本专利技术的另一实施方案中，一个或多个光子装置集成在基板上。光子装置包括一个或多个光学增益材料区域。在无源波导层上制造一个或多个无源光子元件。无源光子元件包括至少一个弯曲光栅和至少一个波长通道组合臂布拉格反射器。该方法进一步转移能够提供光功率放大的材料薄层。
6、在本专利技术的另一实施方案中，将波长通道组合臂布拉格反射器制成平面波导层。
7、在本专利技术的又一实施方案中，将波长通道组合臂布拉格反射器制成具有高折射率对比度的平面波导层，从而产生较宽的反射和透射光学带宽。
8、在本专利技术的又一实施方案中，平面波导层为硅。
9、在本专利技术的又一实施方案中，调整波长通道组合臂布拉格反射器中反射齿的数量以提供高反射光束功率反射器或部分透射光束功率反射器。
10、在本专利技术的又一实施方案中，将光束通过平面波导或通道波导限制在垂直于基板表面的方向上，并且将弯曲的衍射光栅制成平面波导区域，该平面波导区域具有与该基板平面近似垂直的光栅齿表面。
11、在本专利技术的又一实施方案中，光束传播路径的一侧与波长通道组合臂布拉格反射器相交，光束传播路径的另一侧与弯曲衍射光栅相交，另一侧位于通道波导口(称为波长通道分离波导口)。
12、在本专利技术的又一实施方案中，波长通道组合臂布拉格光栅反射器将向波长通道组合臂布拉格光栅反射器传播的光束中的光波长的光功率全部或部分反射回弯曲衍射光栅，经弯曲衍射光栅进一步衍射进入所述波长通道分离波导口。
13、在本专利技术的又一实施方案中，所述波导口有两个或两个以上，每个波导口接收由波长通道组合臂布拉格反射器反射回光栅的光束的波长。
14、在本专利技术的又一实施方案中，将进入通道波导口的光束沿着通道波导边上的线性或曲线路径引导至光学增益区域。
15、在本专利技术的又一实施方案中，光学增益区域由形成增益通道波导的有源增益材料层组成，该增益通道波导结合在无源透明通道波导的顶部。
16、在本专利技术的又一实施方案中，无源透明通道波导中的光束能量经由无源通道波导层或增益通道波导层中的至少一个上的横向楔形结构从无源通道波导转移到增益通道波导层。
17、在本专利技术的又一实施方案中，增益通道波导中的光束能量经由无源通道波导层或增益通道波导层中的至少一个上的横向楔形结构从增益通道波导层转移到无源通道波导层。
18、在本专利技术的又一实施方案中，从面向光栅的波导口传播通过增益区域的光束能量进入无源通道波导。无源通道波导中的光束然后通过布拉格光栅反射器全部或部分反射回来。
19、在本专利技术的又一实施方案中，将弯曲衍射光栅设计成使得在平行于基板平面的方向上的光束尺寸在波长通道组合臂布拉格光栅反射器处比波长通道分离波导口处更大。
20、在本专利技术的又一实施方案中，将弯曲光栅设计成使得在平行于基板平面的方向上的光束尺寸(称为水平模式尺寸)在波长通道分离波导口处较小，但在波长通道组合臂布拉格光栅反射器处较大。可以存在一个或多个波导口，每个口接收一个波长通道。这使得具有更高光功率(通过组合许多波长通道)的波长通道组合臂布拉格光栅反射器的强度降低或与每个仅在一个波长通道中接收光能的波长通道分离波导口处的光束的强度相当。波长通道组合臂布拉格光栅反射器处相对较高功率光束的较低的强度降低了波长通道组合臂布拉格反射器区域光学损坏的机会。
21、在本专利技术的又一实施方案中，波长通道组合臂布拉格光栅反射器由弯曲形状的布拉格光栅齿制成(而不是直线形状)，以实现更大的水平光束尺寸，因此波长通道组合臂布拉格光栅反射器处的光束强度较低。
22、在本专利技术的又一实施方案中，朝向波长通道组合臂布拉格光栅反射器传播的光束能量在反射器处被部分传输到光纤耦合器，例如基于表面光栅的光纤耦合器，或基于平面(水平)光束变换器的光纤耦合器。
23、在本专利技术的又一实施方案中，将光纤引入光纤耦合器的空间区域是密封的。
24、在本专利技术的又一实施方案中，基于表面光栅的光纤耦合器由在近似垂直于基板平面的方向上发射光束的表面光栅和进一步将发射光束直径减小到一个较小的值的菲涅尔透镜结构组成。
25、在本专利技术的又一方面，每个光子装置通过可对光子装置进行水冷的冷却固定装置夹在顶部或底部中的至少一个之间。
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1.一种在基板上集成一个或多个光子装置的方法，其中所述光子装置包括一个或多个光学增益材料区域，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述波长通道组合臂布拉格反射器制作成平面波导层。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述波长通道组合臂布拉格反射器制成具有高折射率对比度的平面波导层。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述平面波导层为硅。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，调整所述波长通道组合臂布拉格反射器中的反射齿的数量，以提供高反射光束功率反射器或部分透射光束功率反射器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，将光束通过平面波导或通道波导限制在垂直于基板表面的方向上，并且将弯曲的衍射光栅制成平面波导区域，所述平面波导区域具有与所述基板平面近似垂直的光栅齿表面。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述光束传播路径的一侧与所述波长通道组合臂布拉格反射器相交，并且所述光束传播路径的另一侧与弯曲衍射光栅相交，所述另一侧位于所述通道波导口(称为波长通道分离波导口)。
8.根据权利要
9.根据权利要求8所述的方法，还包括多个波导口，每个波导口接收由所述波长通道组合臂布拉格反射器反射回光栅的所述光束的波长。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，将进入所述通道波导口的所述光束沿着通道波导边上的线性或曲线路径引导至光学增益区域。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述光学增益区域由形成增益通道波导的有源增益材料层组成，所述增益通道波导结合在无源透明通道波导的顶部。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述无源透明通道波导中的光束能量经由所述无源通道波导层或所述增益通道波导层中的至少一个上的横向楔形结构从所述无源通道波导转移到所述增益材料层。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述增益通道波导中的光束能量经由所述无源通道波导层或所述增益通道波导层中的至少一个上的横向楔形结构从所述增益通道波导转移到所述无源通道波导。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，从面向光栅的波导口传播通过增益区域的光束能量进入无源通道波导。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述无源通道波导中的光束通过布拉格光栅反射器全部或部分反射回来。
16.根据权利要求6所述的方法，其中，将所述弯曲衍射光栅设计成使得在平行于所述基板平面的方向上的光束尺寸在所述波长通道组合臂布拉格光栅反射器处比波长通道分离波导口处更大。
17.根据权利要求7所述的方法，其中，将所述弯曲衍射光栅设计成使得在平行于所述基板平面的方向上的光束尺寸在所述波长通道组合臂布拉格光栅反射器处比波长通道分离波导口处更大。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，将光纤引向光纤耦合器的空间区域是密封的。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，基于表面光栅的所述光纤耦合器由在近似垂直于基板平面的方向上发射光束的表面光栅和进一步将发射光束直径减小到一个较小的值的菲涅尔透镜结构组成。
20.根据权利要求1所述的方法，其中每个所述光子装置通过可对所述光子装置进行水冷的冷却固定装置夹在顶部或底部中的至少一个之间。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种在基板上集成一个或多个光子装置的方法，其中所述光子装置包括一个或多个光学增益材料区域，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述波长通道组合臂布拉格反射器制作成平面波导层。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述波长通道组合臂布拉格反射器制成具有高折射率对比度的平面波导层。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述平面波导层为硅。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，调整所述波长通道组合臂布拉格反射器中的反射齿的数量，以提供高反射光束功率反射器或部分透射光束功率反射器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，将光束通过平面波导或通道波导限制在垂直于基板表面的方向上，并且将弯曲的衍射光栅制成平面波导区域，所述平面波导区域具有与所述基板平面近似垂直的光栅齿表面。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述光束传播路径的一侧与所述波长通道组合臂布拉格反射器相交，并且所述光束传播路径的另一侧与弯曲衍射光栅相交，所述另一侧位于所述通道波导口(称为波长通道分离波导口)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述波长通道组合臂布拉格光栅反射器将向所述波长通道组合臂布拉格光栅反射器传播的所述光束中的光波长的光功率全部或部分反射回所述弯曲衍射光栅，经所述弯曲衍射光栅进一步衍射进入所述波长通道分离波导口。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括多个波导口，每个波导口接收由所述波长通道组合臂布拉格反射器反射回光栅的所述光束的波长。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，将进入所述通道波导口的所述光束沿着通道波导边上的线性或曲线路径引导至光学增益区域。
11.根据权利要求10所述的方法...
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