[发明专利]具有片上光学增益测量结构的光子电路器件

说明书

本发明显著地涉及用于光学增益测量的光子电路器件(100)，其包含：基板(10)，具有光子电路，该光子电路包含限定沿相同方向对准的两个波导部分的一个或多个波导(71、72)；有源增益区(62‑66)，位于该基板的顶部上且耦合在该器件中，以通过电泵送或光学泵送产生光；至少两个光耦合器(75、76)，经布置以使得该有源增益区的至少一部分位于该光耦合器之间，且配置为耦合位于该有源增益区与该波导部分之间的光；以及部分反射器(90)，布置为将沿该相同方向传播的光反射回该增益区的中心，且其中该器件不包含相对于该有源增益区与该部分反射器相对且配置为将光反射回该增益区的中心的任何其他反射器。本发明进一步涉及相关的增益测量方法。

技术领域

本发明一般涉及光子电路器件的领域，特别是，涉及光学增益测量。

背景技术

硅光子涉及光子系统，这种情况下，由于材料的低损耗，硅用于光传播的介质。硅光子使用互补性金属氧化物半导体(CMOS)电子元件中利用的众所熟知的硅制造原理。通常以次微米精度将特征图案化至微光子部件中(以在红外光中操作)。绝缘体上硅(SOI)典型地用作选择的材料。硅光子器件的制造可另外涉及已知的半导体制造技术；因为大多数集成集成电路已将硅用作基板选择，创建混合式器件是可能的，在该混合式器件中将光学及电子部件集成至单芯片上。

为满足未来计算系统的要求，需要片上电互连件的高速及节能的替代器件。集成集成光学，特别是硅光子满足这样的要求。需要用于大规模制造低成本、高效能的基于CMOS的芯片的具有相容光源的集成光学互连件。由于硅的间接能带隙，无可用的硅基光源。有效光源典型地基于异质或混合集成于硅光子平台上的III-V族半导体。

迄今最有前景的方法诉诸于将基于III-V族的完全外延增益层堆叠或薄晶种层(可经受连续的再生长)接合至硅光子波导的顶部。在其中任一情况下，要测量、表征及评估激光结构或光源，则需要特殊的测试结构，以便了解关键器件参数。关键参数之一为光学增益。增益的计算并不非常精确，因此需要测量该增益，以模型化增益层，且因此最佳化有源光学器件，诸如激光或光学放大器。然而，对于片上应用(诸如硅光子)，增益测量非常具有挑战性。原因为现有技术及方法涉及裂开刻面或要求许多器件，这不为片上应用中的实现所需，因为该方法费时、具有破坏性和/或由于大量消耗占用面积。而且，这样的技术可能要求高解析度分光计，以便解析输出功率谱中的振荡。此外，大多数现有概念仅可提取阈值以下或阈值周围的光学增益，这对于激光器件的操作为常见模式。因此，在所感兴趣发光器件中使用的实际泵送条件(即泵送电流密度等于目标激光的操作条件)下，已知的标准技术并不可能表征增益材料的操作条件的增益性质。

总之，不存在允许简单测量片上光学器件的增益的适当器件，即，不制造多个器件，必须使器件裂开或研磨器件的刻面，以将多个接触应用至增益测量结构，或以在实际泵送/操作条件下精确测量阈值以上的增益。

发明内容

根据第一方面，本发明体现为一种用于光学增益测量的光子电路器件，该光子电路器件包含：

-基板，该基板具有光子电路，该光子电路包含一个或多个波导，该波导限定沿相同方向对准的两个波导部分；

-有源增益区，该有源增益区位于基板的顶部上，且耦合在器件中通过电泵送或光学泵送产生光；

-至少两个光耦合器，该耦合器经布置以使得该有源增益区的至少一部分位于该光耦合器之间，且配置为耦合有源增益区与该波导部分之间的光；以及

-部分反射器，该部分反射器经布置，以便将沿该相同方向传播的光反射回该增益区的中心，

且其中，该器件并不包含相对于该有源增益区与该部分反射器相对，且配置为将光反射回增益区的中心的任何其他反射器。

在实施例中，该光耦合器沿所述相同方向纵向延伸。