[发明专利]不对称光波导光栅共振器及DBR激光器

说明书

将包括不对称谐振光栅的单片不对称光波导光栅共振器放置在波导中。提供沿着第一光栅长度的第一光栅强度，且提供沿着第二光栅长度的高于第一光栅强度的第二光栅强度。在有益的实施例中，通过波导和光栅参数的适当设计，沿着第一光栅长度的有效折射率充分匹配沿着第二光栅长度的有效折射率。良好匹配的有效折射率可以允许谐振光栅工作在高度不对称单纵模(SLM)。在进一步的实施例中，不对称单片DFB激光二极管包括具有用于高度不对称工作的波导和光栅参数的前光栅部分和后光栅部分。

技术领域

本发明的各实施例通常涉及单片光子集成电路(PIC)。

背景

光子集成电路(PIC)包括一体成型地集成的光子器件或元件，且在诸如光通信和高性能计算之类的应用中可用作光数据链路。对于移动计算平台，PIC提供了通过主控设备和/或云服务迅速地更新或同步移动设备的有前景的I/O。这样的光链路利用包括光发射器和/或光接收器的光I/O接口，其包括通过一个或多个无源或有源的光子器件传播光的一个或多个光波导。

由于它们的紧凑尺寸、较低成本和提高的功能性和/或性能，PIC优选是借助于分立光学组件构建的光学系统。硅光子(SiPh)技术具有在可制造性和可扩展性方面的明显优势。发射器或收发器PIC中可包括激光器。对于SiPh技术，可以利用混合硅激光器，它包括接合到硅半导体器件层或外延生长在硅半导体器件层上的化合物半导体(例如，III-V)增益介质(gain medium)。

DFB激光架构通常具有对称输出(即，从激光器的两个端部输出相同量的光)，由于激光器仅一个端部功能上耦合到光学系统中的其他组件，在大多数光学系统中这是不利的。对于借助于分立光学组件构建的光学系统，可以将高反射涂涂层(例如，金属涂层)应用到DFB激光器的一个端部以免浪费未耦合到光学系统的激光器输出的另一部分。然而，这种解决方案对PIC来说往往是不实用的。

DFB激光器架构也常常遭受称为“空间烧孔(SHB)”的现象，该现象会随着温度而降低激光器性能以及输出功率和/或模式稳定性。SHB效果源于高度不对称的光子分布和电场分布。

因而，解决这些限制同时仍保持可制造性的DFB激光器架构是有益的。

附图简述

作为示例而非限制在附图中阐释了在此描述的材料。出于阐释的简单和清晰起见，各图中所阐释的元素并不必定按比例绘制。例如，出于清晰起见，一些元素的尺寸可以相对于其他元素放大。进一步，在认为合适的场合，在各图当中重复了引用标签以便指示相应的或类似的元素。在各图中：

图1A是根据一个实施例的单片不对称光波导光栅谐振器的平面图；

图1B是根据一个实施例沿着图1A中示出的b-b’线的在图1A中叙述的波导光栅谐振器的剖视图；

图1C是根据一个实施例沿着图1A中示出的c-c’线的在图1A中叙述的波导光栅谐振器的剖视图；

图2A是根据一个实施例的单片不对称混合硅DFB激光器二极管的剖视图；

图2B是根据一个实施例在图2A中叙述的DFB激光器的平面图；

图2C是根据一个实施例沿着图2B中示出的c-c’线的在图2B中叙述的DFB激光器的剖视图；

图2D是根据一个实施例沿着图2A中示出的d-d’线的在图2B中叙述的DFB激光器的剖视图；

图2E是根据一个备选实施例沿着图2A中示出的d-d’线的在图2B中叙述的DFB激光器的剖视图；

图3是根据缺乏变迹光栅区域的一个实施例的作为在不对称DFB激光器二极管内的位置的函数的光子密度的图；

图4是根据包括一个或多个变迹光栅区域的一个实施例的作为在不对称DFB激光器二极管内的位置的函数的光子密度的图；