高密度激光器光學器件制造技術

提供用于高密度激光器光學器件的裝置和方法。激光器光學器件裝置的示例包括：在單體地集成的陣列中的多個垂直腔表面發射激光器(VCSEL)；高對比度光柵(HCG)，與該多個VCSEL中的每個的垂直腔的孔集成，以使能夠發出多個激光發射波長中的單個激光發射波長；以及多個單模波導，每個與光柵耦合器集成，多個單模波導連接至多個集成的VCSEL和HCG中的每個，其中光柵耦合器中的每個對準至一集成的VCSEL和HCG。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】高密度激光器光學器件
技術介紹
通過波導傳輸光已經被用于許多類型的通信應用。光信號相對于電子信號顯現潛在優勢。光源可以由包括諸如發光二極管和激光二極管之類的半導體器件在內的半導體器件制造。光纖用作光信號的傳輸介質。單條光纖能夠在其內一次攜帶數個不同的調制信號。例如，波分復用可以將光纖的帶寬分成不同的信道(例如，每個信道包含一小范圍的波長)，因此可以一次傳輸數個不同的光波長(例如，信號)。使用這種系統需要不同波長的源。附圖說明圖1圖示根據本公開的與高對比度光柵(HCG)集成的垂直腔表面發射激光器(VCSEL)的示例。圖2圖示根據本公開的與單模波導集成的光柵耦合器的示例。圖3是根據本公開的與連接至具有HCG的集成VCSEL的光柵耦合器集成的單模波導的示例。圖4圖示根據本公開的與多個VCSEL集成的波分復用器的示例。圖5圖示根據本公開的與多個單體地集成的VCSEL陣列集成的波分復用器的示例。圖6是圖示根據本公開的受HCG的特定節距和特定占空比影響的由VCSEL發出的諧振波長的示例的圖。圖7圖示根據本公開形成的激光器光學裝置的示例。具體實施方式以每秒1兆兆比特以上的帶寬操作的高速光互連，是以例如它們與電氣互連相比的低功耗和小型尺寸為基礎的有吸引力的選擇。波分復用可以提供高帶寬的兆兆比特光纖(例如，每秒1兆兆比特以上)。對這樣的應用而言，單體地集成的低成本多波長源是令人期望的。VCSEL是用于多波長源的有效選擇，優點在于包括表面正常發射、低成本制造和晶片級測試。此外，多波長VCSEL源可以對包括例如光通信系統(如數據中心中)的一大批應用提供經濟的方案。本公開的示例包括用于激光器光學器件的裝置、方法和機器可讀的和可執行的指令和/或邏輯。本公開中提供的示例的實現方式提供了使用多個波長的高密度光引擎。根據本公開的高密度激光器光學器件裝置的示例包括：在單體地集成的陣列中的第一多個VCSEL；與該第一多個VCSEL中的每個的垂直腔的孔集成以使能夠發射多個激光發射波長中的單個激光發射波長的HCG；以及多個單模波導，每個與光柵耦合器集成，多個單模波導連接至第一多個集成的VCSEL和HCG中的每個，在這里光柵耦合器中的每個被對準至集成的VCSEL和HCG。圖1圖示根據本公開的與HCG集成的VCSEL的示例。VCSEL可以以可以包括諸如p接觸、n接觸、犧牲層、氧化物層、鈍化層等之類的各種構成的各種配置形成。為了本公開的目的，討論與離散的激光發射波長的產生和/或發射直接相關的構成。在本公開的詳細描述中，參考形成本公開的一部分的附圖，在附圖中通過圖示示出本公開的示例可以被如何付諸實踐。充分詳細地描述這些示例，以使本領域技術人員能夠實施本公開的示例，并且應理解，可以利用其它示例并且在不背離本公開的范圍的情況下可以做出過程、電氣和/或結構的改變。進一步，在適合的場合，本文中使用的“例如”和“作為示例”應當被理解為對“作為示例且不作為限制”的縮寫。本文中的圖符合編號慣例，其中第一位數字或頭幾位數字對應于該圖的圖號，剩余數字識別該圖中的組件或部件。不同圖之間的相似組件或部件可以通過使用相似的數字來識別。例如，116可以指圖1中的組件“16”，并且相似的組件可以在圖2中被稱為216。可以添加、交換和/或消除本文中的各圖中示出的組件，以便提供本公開的多個附加示例。另外，圖中提供的組件的比例和相對大小旨在圖示本公開的示例，而不應按照限制的意義去理解。如圖1中圖示的，與HCG集成的VCSEL100的示例可以包括具有垂直腔的孔(aperture)102(例如，相對于VCSEL的其它部件與VCSEL101的上表面關聯)的VCSEL101的示例。HCG103可以與垂直腔的孔102集成。在一些示例中，HCG103還可以擔當VCSEL101的頂部鏡。可以將HCG103形成為包括具有特定節距104和特定占空比的光柵(例如，通過頂部鏡的電子束光刻以及其它適合的刻蝕技術)。本公開中使用的光柵節距104指光柵的一實體條的開始和光柵的相鄰實體條的開始之間的規則重復的距離。因此，節距104穿越一個實體條105的寬度和相鄰實體條之間的相鄰空閑空間106。在本公開中使用的光柵占空比指實體條105的寬度與節距104的比。因為實體條105的寬度和空閑空間106可以是恒定的，因此節距104可以在整個HCG的范圍內恒定(例如，規則地重復)，這還可以使占空比在整個HCG的范圍內恒定。與HCG集成的VCSEL100的示例可以被形成為包括HCG103下方的垂直腔107的底切部分(例如，通過適當的底部刻蝕技術)。為了說明目的，垂直腔107在圖1中表現為空的。然而，在各示例中，垂直腔107可以被充有(例如，如本文中或其它地方描述的)各種氣態、液態和/或固態的材料。在垂直腔107的被底切的部分下方可以形成有源區108。有源區108可以由多個增益介質材料層形成，在進行電激勵時，可以放大特定多個或特定范圍的波長的光子生成。與HCG集成的VCSEL100的示例可以被形成為包括有源區108下方的可以用作底部鏡110的多個層。在一些示例中，底部鏡110的多個層的預定結構可以導致底部鏡110被形成為分布式布拉格反射(DBR)鏡。當電子和空穴在相同區域內出現時，它們可以復合或“湮滅”，結果是自發輻射，也就是說，電子可以再占用空穴的能態，發出具有與所涉及的電子和空穴態之間的差異相等的能量的光子。本文介紹的多種材料是可以被用來制造發出光子的結二極管的化合物半導體材料的示例。具有與復合能量相等的能量的鄰近光子可以通過受激輻射導致復合。這可以生成具有與第一光子的相同的頻率的、沿相同方向傳播的、具有相同偏振和相位的另一光子。受激輻射導致注入區中的(例如，特定波長的)光波中的增益，并且該增益隨穿越該結注入的電子和空穴的數量增加而增加。增益區可以與光學腔關聯，使得光被限制為相對窄的線。腔的兩端可以形成光滑的平行的邊緣，例如形成法布里-泊羅諧振器。在發出光子之前，光子可以在每個端面上反射數次。當光波穿過腔時，其可以被受激輻射放大。如果放大比損耗(例如，由于吸收和/或通過在端面上的不完全反射)多，則二極管開始“發射激光”。影響所發出的光子波長的一些屬性可以通過光學腔的幾何構造來確定。在垂直方向上，光可以包含在薄層內，并且該結構可以支持沿與層垂直的方向上的單個光學模。在橫向上，如果光學腔比光的波長寬，則波導可以支持多個橫向光學模，并且激光器被稱為“多模”。在希望小的聚焦束的應用中，可以將光學腔制得窄，處于光學波長量級。因此，支持單個橫模。這樣的單模激光器可以被用于光學存儲、激光指示器和激光器光學器件以及其它應用。激光中的模是駐光波。一些激光器是多模的，這可以由各種因素導致，例如光學腔的尺寸和形狀、有源區的特定材料和配置以及鏡的類型和其它考慮。基于這樣的考慮，可以通過將HCG與垂直腔的孔集成而將多模激光器減向為單模激光器。與VCSEL的垂直腔的孔集成的HCG的厚度、節距和/或占空比，可以支持腔中的(例如，具有單個縱向和垂直參數的)單個駐光波，因此該激光器可以發出單個激光發射波長。在一些示例中，單個激光發射波長可以包括1納米(nm)范圍內的多個波長。此外，本文描述的HCG的厚度、節距和/或占空比可以被調整為改變VCSE本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高密度激光器光學器件裝置，包括：在單體地集成的陣列中的多個第一垂直腔表面發射激光器(VCSEL)；高對比度光柵(HCG)，與所述多個第一VCSEL中的每個的垂直腔的孔集成，以使能夠發出多個激光發射波長中的單個激光發射波長；以及多個單模波導，每個與光柵耦合器集成，所述多個單模波導連接至多個第一集成的VCSEL和HCG中的每個，其中所述光柵耦合器中的每個對準至一集成的VCSEL和HCG。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種高密度激光器光學器件裝置，包括：在第一單體地集成的陣列中的多個第一垂直腔表面發射激光器；在分立的第二單體地集成的陣列中的多個第二垂直腔表面發射激光器；高對比度光柵，與所述多個第一垂直腔表面發射激光器和所述多個第二垂直腔表面發射激光器中的每個的垂直腔的孔集成，以使能夠發出多個激光發射波長中的單個激光發射波長；以及多個單模波導，每個與光柵耦合器集成，所述多個單模波導連接至多個第一集成的垂直腔表面發射激光器和高對比度光柵以及多個第二集成的垂直腔表面發射激光器和高對比度光柵中的每個，其中所述光柵耦合器中的每個對準至一集成的垂直腔表面發射激光器和高對比度光柵，其中所述多個第一垂直腔表面發射激光器中的每個被配置為產生與被配置為由所述多個第二垂直腔表面發射激光器產生的第二范圍內的波長離散的第一范圍內的波長。2.根據權利要求1所述的裝置，其中每個高對比度光柵使所述多個第一垂直腔表面發射激光器和所述多個第二垂直腔表面發射激光器中的每個能操作在單模下，以發出離散的激光發射波長。3.根據權利要求2所述的裝置，其中所述多個單模波導包括波分復用器，所述波分復用器對各個離散的激光發射波長進行集成以在單個光波導中輸出。4.根據權利要求3所述的裝置，其中所述波分復用器是硅平臺上的硅石平面光波電路。5.一種高密度激光器光學器件裝置，包括：在多個分立的單體地集成的陣列中的多個垂直腔表面發射激光器；高對比度光柵，與所述多個垂直腔表面發射激光器中的每個的垂直腔的孔集成，以使能夠發出多個激光發射波長中的單個激光發射波長，其中所述多個激光發射波長各自以1納米至20納米的范圍間隔開；以及多個單模波導，每個與光柵耦合器集成，所述多個單模波導連接至多個集成的垂直腔表面發射激光器和高對比度光柵中的每個，其中所述光柵耦合器中的每個對準至一集成的垂直腔表面發射激光器和高對比度光柵，其中在第一分立的陣列中的多個垂直腔表面發射激光器中的每個被配置為產生與被配置為由在其他分立的陣列中的其他垂直腔表面發射激光器產生的多個其他范圍內的波長離散的第一范圍內的波長。6.根據權利要求5所述的裝置，其中所述光柵耦合器中的每個自對準至所述一集成的垂直腔表面發射激光器和高對比度光柵。7.根據權利要求5所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邁克爾·瑞恩·泰·譚，戴維·A·法塔勒，韋恩·V·瑟林，沙吉·V·馬塔爾，
申請(專利權)人：惠普發展公司，有限責任合伙企業，
類型：發明
國別省市：美國;US