[发明专利]微环形激光器系统和方法

说明书

背景技术

在过去的几十年中，随着计算能力和数据存储容量的指数增长，相应存储数据量也得到指数增长。曾经是文本文件和些许低分辨率图片的领地的计算机目前经常被用于存储上千张高分辨率图片和数小时的视频。电视机在被升级以显示高清视频。新一代光盘已被开发出来以存储高清视频。该光盘能够在每一面存储50千兆字节之多的数据。这足以存储数小时的高清格式的视频。曾经的较高密度存储格式正被开发用来存储日渐增长的信息量。

移动和传输这些数量庞大的数字信息正变得更具挑战性。每年都有更多的能够与其他设备进行数字通信的电子设备可以利用。包括计算机、高清电视、高清无线电装置、数字音乐播放器、便携式计算机以及许多其他类型的设备的电子产品已被设计成发送和接收大量信息。如今，很多计算机接收遍及家庭的宽带互联网。电视正接收来自电缆和光纤的多个高清信号。

为了传输存储在计算机中的巨量数据并将其广播到电视机和其他电子设备，以更快的速率发送数据。然而，传输速率跟不上数据激增。例如，为了将典型的15千兆字节的高清电影从光盘传输到家庭娱乐系统，需要以每秒100M比特的速率传输20分钟。对于很多用户而言，花费20分钟来转移一部电影可能是颇具负担的。

同样地，需要计算系统中的处理器、存储器、其他芯片和计算机板之间的更高带宽的通信。减少在计算机芯片间移动大量数字信息所花费的时间量的一种方式是以更快的速度传输信息。然而，能够在合理的时间内移动大量数据的传输速度向来都是成本太高而难以在消费性电子产品中广泛使用。

附图说明

图1示出根据本发明实施例的混合Ⅲ-Ⅴ硅微环形电泵浦激光器系统的截面视图；

图2示出根据本发明实施例的采用图1所示的结构所激发的光模的横截面视图；

图3示出根据本发明实施例的与光波导倏逝耦合的微环形电泵浦激光器系统的俯视图；

图4示出根据本发明实施例的具有梯形缓冲器的微环形电泵浦激光器系统的截面视图；

图5示出根据本发明实施例的采用图4所示的结构所激发的光模的截面视图；以及

图6示出流程图，该流程图示出根据本发明实施例的用于形成用于激发具有选定波长的光的电泵浦激光器的方法。

具体实施方式

硅上光电集成是用于在芯片上构建光互连系统和其他大规模光子系统的技术。集成光子系统通常使用较低成本且易于集成的电泵浦激光源。然而，硅由于受到其基本材料特性的限制而不能有效地提供用于激光器运行的电泵浦光增益。因此，诸如位于硅平台上的Ⅲ-Ⅴ族半导体的增益材料的混合集成能够用来构建芯片上电泵浦激光器。

为了使集成电泵浦激光源具有市场，将Ⅲ-Ⅴ族增益材料集成到硅上的工艺需要具有相对低的成本且易于实施。在一实施例中，本发明提供了一种用于制作微环形谐振腔的系统和方法，该微环形谐振腔可用作能够以大于1GHz的速度被直接调制的较小的芯片上激光源。采用环形调制器的电泵浦激光源可用于使信息跨越芯片被发送、然后离开芯片而至波导和相邻的电子设备。采用环形调制器的电泵浦激光源可以相对低廉地被实施，这是因为其依赖于在接合步骤中不要求严格的对准的晶圆接合，而通常在芯片接合中需要严格的对准。

图1示出混合Ⅲ-Ⅴ族硅微环形电泵浦激光器系统100的截面视图。在本示例中，硅基板102被显示为支撑该激光器系统。用于半导体制造工艺中的其他类型的基板被视为在本发明的范围之内。下覆物104可形成在硅基板上。硅微环形谐振腔105可构建在下覆物的表面上。下覆物用于大体上将光限制在硅微环形谐振腔内。

下覆物可由折射率小于硅微环形谐振腔的折射率并且在注入谐振腔中的光的波长处大体上透明的材料构成。例如，下覆物可采用二氧化硅来形成。可替换地，下覆物可由诸如氮化硅的材料或满足上述要求的其他材料来形成。在微环形谐振腔以内120和以外106的区域也可由折射率小于谐振腔的折射率并且在注入谐振腔中的光的波长处大体上透明的材料来形成。在一实施例中，微环形谐振腔以内和以外的区域可由空气或真空形成。可替换地，可采用诸如二氧化硅或氮化硅的其他物质。

硅微环形谐振腔105可具有与微环形谐振腔所载送的光的波长大致相称或稍小的半径。可替换地，硅微环形谐振腔的半径可大于该光的波长。例如，该光的波长可为1.54微米，而被配置为载送该光的微环形谐振腔的半径可大约为3微米。硅微环形谐振腔的典型尺寸根据该光的波长和其他设计考虑可在2.5微米到数十微米之间改变。也可采用其他光波长，诸如在远程通信中通常使用的1.31微米波长。硅微环形谐振腔可设计成载送范围从深红外(deep infrared)光到紫外光的光波长。