[发明专利]具有集成调制器阵列和混合键合的多波长激光器阵列的发射器-接收器

说明书

技术领域

一般来说，本发明涉及光学，更具体地说，本发明涉及光学互连 和通信。

背景技术

随着互联网数据业务的增长速率赶超语音业务，越来越需要快速 且有效的基于光学的技术，从而推动了光纤通信的需求。在密集波分 复用(DWDM)系统和千兆位(GB)以太网系统中通过相同光纤传 送多个光学信道提供了利用由纤维光学提供的空前容量(信号带宽) 的简单方法。系统中的常用光学组件包括波分复用(WDM)发射器 和接收器、滤光器(如衍射光栅、薄膜型滤波器、布拉格(Bragg)光 纤光栅、阵列波导光栅)、光插分复用器和激光器。

激光器是通过受激发射发光、产生具有从红外到紫外范围内的频 谱的相干光束并可用于各种各样应用的熟知设备。例如，在光学通信 或联网应用中，可利用半导体激光器来产生光或光束，可在这些光或 光束上编码和传送数据或其它信息。

光学通信或联网应用中所用的其它设备有基于光纤的布拉格光 栅。布拉格光纤光栅是光纤芯部材料的折射率沿光纤长度周期性变化 的光纤，这可通过将光敏芯部暴露至强光学干涉图样而形成。因为折 射率沿光纤长度变化，所以布拉格光纤光栅会反射特定波长处的光 束，而允许其它波长传播通过光纤。

布拉格光纤光栅的局限性在于，通过布拉格光纤光栅反射的特定 波长基本上是固定的。因此，如果要反射不同波长的光，就要利用不 同的布拉格光纤光栅。在一些已知的布拉格光纤光栅中，可以通过以 物理或机械方法拉伸布拉格光纤光栅的光纤以改变光纤的长度来提 供对所反射波长的标称调整。这种技术的缺点在于，对所反射波长的 调整量相对较小，并且光纤会因拉伸的物理应力和应变而受到损坏。

光学通信中使用的额外设备还包括作为宽带DWDM联网系统和 千兆位(GB)以太网系统中的关键组件的光学发射器。目前，大多数 光学发射器都是基于多个固定波长的激光器与外部调制器的组合的， 或在一些情况下是基于直接调制的激光器的。在对由激光器产生的光 进行调制之后，利用外部复用器对它进行复用，然后发送给光纤网络， 在光纤网络中，可通过光开光进行放大、或指引、或放大和指引。因 为激光器通常产生固定波长，所以每个传输信道使用独立的激光器和 调制器。但是，制造激光器和关联组件的成本很高，并且利用独立的 组件用于要传送的光的每个波长会很昂贵且低效。

发明内容

本发明涉及一种具有集成半导体调制器阵列和混合键合的多波 长激光器阵列的光学发射器-接收器，包括：

设置在单个半导体材料层中的多个光波导，其中所述多个光波导 中的每个光波导包括沿所述光波导界定的光腔；

单个增益介质材料条，其横跨所述多个光波导邻接所述单个半导 体材料层，从而沿所述多个光波导中的每个光波导界定增益介质-半导 体材料界面；以及

设置在所述单个半导体材料层中的多个光调制器，所述多个光调 制器中的每个光调制器光耦合到所述多个光波导中的相应一个光波 导以便调制从所述光腔发出的相应光束。

本发明涉及一种利用集成半导体调制器阵列和混合键合的多波 长激光器阵列进行光发射和接收的方法，包括：

在沿设置在单个半导体材料层中的第一光波导界定的第一光腔 中发射第一光束；

在沿设置在所述单个半导体材料层中的第二光波导界定的第二 光腔中发射第二光束，其中所述第一和第二光波导包含在设置在所述 单个半导体材料层中的多个光波导中，其中单个增益介质材料条横跨 所述多个光波导邻接所述单个半导体材料层，从而沿所述多个光波导 中的每个光波导界定增益介质-半导体材料界面；以及

利用设置在所述单个半导体材料层中且光耦合到所述第一和第 二光波导的相应的第一和第二光调制器来调制所述第一和第二光束。

本发明涉及一种光学系统，包括：

包括光学激光器阵列的光学芯片，所述光学芯片包括：

设置在单个半导体材料层中的多个光波导，其中所述多个光 波导中的每个光波导包括沿所述光波导界定的光腔；

单个增益介质材料条，其横跨所述多个光波导邻接所述单个 半导体材料层，从而沿所述多个光波导中的每个光波导界定增益介质 -半导体材料界面；以及