高密度激光器光学器件制造技术

提供用于高密度激光器光学器件的装置和方法。激光器光学器件装置的示例包括：在单体地集成的阵列中的多个垂直腔表面发射激光器(VCSEL)；高对比度光栅(HCG)，与该多个VCSEL中的每个的垂直腔的孔集成，以使能够发出多个激光发射波长中的单个激光发射波长；以及多个单模波导，每个与光栅耦合器集成，多个单模波导连接至多个集成的VCSEL和HCG中的每个，其中光栅耦合器中的每个对准至一集成的VCSEL和HCG。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高密度激光器光学器件
技术介绍
通过波导传输光已经被用于许多类型的通信应用。光信号相对于电子信号显现潜在优势。光源可以由包括诸如发光二极管和激光二极管之类的半导体器件在内的半导体器件制造。光纤用作光信号的传输介质。单条光纤能够在其内一次携带数个不同的调制信号。例如，波分复用可以将光纤的带宽分成不同的信道(例如，每个信道包含一小范围的波长)，因此可以一次传输数个不同的光波长(例如，信号)。使用这种系统需要不同波长的源。附图说明图1图示根据本公开的与高对比度光栅(HCG)集成的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的示例。图2图示根据本公开的与单模波导集成的光栅耦合器的示例。图3是根据本公开的与连接至具有HCG的集成VCSEL的光栅耦合器集成的单模波导的示例。图4图示根据本公开的与多个VCSEL集成的波分复用器的示例。图5图示根据本公开的与多个单体地集成的VCSEL阵列集成的波分复用器的示例。图6是图示根据本公开的受HCG的特定节距和特定占空比影响的由VCSEL发出的谐振波长的示例的图。图7图示根据本公开形成的激光器光学装置的示例。具体实施方式以每秒1兆兆比特以上的带宽操作的高速光互连，是以例如它们与电气互连相比的低功耗和小型尺寸为基础的有吸引力的选择。波分复用可以提供高带宽的兆兆比特光纤(例如，每秒1兆兆比特以上)。对这样的应用而言，单体地集成的低成本多波长源是令人期望的。VCSEL是用于多波长源的有效选择，优点在于包括表面正常发射、低成本制造和晶片级测试。此外，多波长VCSEL源可以对包括例如光通信系统(如数据中心中)的一大批应用提供经济的方案。本公开的示例包括用于激光器光学器件的装置、方法和机器可读的和可执行的指令和/或逻辑。本公开中提供的示例的实现方式提供了使用多个波长的高密度光引擎。根据本公开的高密度激光器光学器件装置的示例包括：在单体地集成的阵列中的第一多个VCSEL；与该第一多个VCSEL中的每个的垂直腔的孔集成以使能够发射多个激光发射波长中的单个激光发射波长的HCG；以及多个单模波导，每个与光栅耦合器集成，多个单模波导连接至第一多个集成的VCSEL和HCG中的每个，在这里光栅耦合器中的每个被对准至集成的VCSEL和HCG。图1图示根据本公开的与HCG集成的VCSEL的示例。VCSEL可以以可以包括诸如p接触、n接触、牺牲层、氧化物层、钝化层等之类的各种构成的各种配置形成。为了本公开的目的，讨论与离散的激光发射波长的产生和/或发射直接相关的构成。在本公开的详细描述中，参考形成本公开的一部分的附图，在附图中通过图示示出本公开的示例可以被如何付诸实践。充分详细地描述这些示例，以使本领域技术人员能够实施本公开的示例，并且应理解，可以利用其它示例并且在不背离本公开的范围的情况下可以做出过程、电气和/或结构的改变。进一步，在适合的场合，本文中使用的“例如”和“作为示例”应当被理解为对“作为示例且不作为限制”的缩写。本文中的图符合编号惯例，其中第一位数字或头几位数字对应于该图的图号，剩余数字识别该图中的组件或部件。不同图之间的相似组件或部件可以通过使用相似的数字来识别。例如，116可以指图1中的组件“16”，并且相似的组件可以在图2中被称为216。可以添加、交换和/或消除本文中的各图中示出的组件，以便提供本公开的多个附加示例。另外，图中提供的组件的比例和相对大小旨在图示本公开的示例，而不应按照限制的意义去理解。如图1中图示的，与HCG集成的VCSEL100的示例可以包括具有垂直腔的孔(aperture)102(例如，相对于VCSEL的其它部件与VCSEL101的上表面关联)的VCSEL101的示例。HCG103可以与垂直腔的孔102集成。在一些示例中，HCG103还可以担当VCSEL101的顶部镜。可以将HCG103形成为包括具有特定节距104和特定占空比的光栅(例如，通过顶部镜的电子束光刻以及其它适合的刻蚀技术)。本公开中使用的光栅节距104指光栅的一实体条的开始和光栅的相邻实体条的开始之间的规则重复的距离。因此，节距104穿越一个实体条105的宽度和相邻实体条之间的相邻空闲空间106。在本公开中使用的光栅占空比指实体条105的宽度与节距104的比。因为实体条105的宽度和空闲空间106可以是恒定的，因此节距104可以在整个HCG的范围内恒定(例如，规则地重复)，这还可以使占空比在整个HCG的范围内恒定。与HCG集成的VCSEL100的示例可以被形成为包括HCG103下方的垂直腔107的底切部分(例如，通过适当的底部刻蚀技术)。为了说明目的，垂直腔107在图1中表现为空的。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)各种气态、液态和/或固态的材料。在垂直腔107的被底切的部分下方可以形成有源区108。有源区108可以由多个增益介质材料层形成，在进行电激励时，可以放大特定多个或特定范围的波长的光子生成。与HCG集成的VCSEL100的示例可以被形成为包括有源区108下方的可以用作底部镜110的多个层。在一些示例中，底部镜110的多个层的预定结构可以导致底部镜110被形成为分布式布拉格反射(DBR)镜。当电子和空穴在相同区域内出现时，它们可以复合或“湮灭”，结果是自发辐射，也就是说，电子可以再占用空穴的能态，发出具有与所涉及的电子和空穴态之间的差异相等的能量的光子。本文介绍的多种材料是可以被用来制造发出光子的结二极管的化合物半导体材料的示例。具有与复合能量相等的能量的邻近光子可以通过受激辐射导致复合。这可以生成具有与第一光子的相同的频率的、沿相同方向传播的、具有相同偏振和相位的另一光子。受激辐射导致注入区中的(例如，特定波长的)光波中的增益，并且该增益随穿越该结注入的电子和空穴的数量增加而增加。增益区可以与光学腔关联，使得光被限制为相对窄的线。腔的两端可以形成光滑的平行的边缘，例如形成法布里-泊罗谐振器。在发出光子之前，光子可以在每个端面上反射数次。当光波穿过腔时，其可以被受激辐射放大。如果放大比损耗(例如，由于吸收和/或通过在端面上的不完全反射)多，则二极管开始“发射激光”。影响所发出的光子波长的一些属性可以通过光学腔的几何构造来确定。在垂直方向上，光可以包含在薄层内，并且该结构可以支持沿与层垂直的方向上的单个光学模。在横向上，如果光学腔比光的波长宽，则波导可以支持多个横向光学模，并且激光器被称为“多模”。在希望小的聚焦束的应用中，可以将光学腔制得窄，处于光学波长量级。因此，支持单个横模。这样的单模激光器可以被用于光学存储、激光指示器和激光器光学器件以及其它应用。激光中的模是驻光波。一些激光器是多模的，这可以由各种因素导致，例如光学腔的尺寸和形状、有源区的特定材料和配置以及镜的类型和其它考虑。基于这样的考虑，可以通过将HCG与垂直腔的孔集成而将多模激光器减向为单模激光器。与VCSEL的垂直腔的孔集成的HCG的厚度、节距和/或占空比，可以支持腔中的(例如，具有单个纵向和垂直参数的)单个驻光波，因此该激光器可以发出单个激光发射波长。在一些示例中，单个激光发射波长可以包括1纳米(nm)范围内的多个波长。此外，本文描述的HCG的厚度、节距和/或占空比可以被调整为改变VCSE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高密度激光器光学器件装置，包括：在单体地集成的阵列中的多个第一垂直腔表面发射激光器(VCSEL)；高对比度光栅(HCG)，与所述多个第一VCSEL中的每个的垂直腔的孔集成，以使能够发出多个激光发射波长中的单个激光发射波长；以及多个单模波导，每个与光栅耦合器集成，所述多个单模波导连接至多个第一集成的VCSEL和HCG中的每个，其中所述光栅耦合器中的每个对准至一集成的VCSEL和HCG。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种高密度激光器光学器件装置，包括：在第一单体地集成的阵列中的多个第一垂直腔表面发射激光器；在分立的第二单体地集成的阵列中的多个第二垂直腔表面发射激光器；高对比度光栅，与所述多个第一垂直腔表面发射激光器和所述多个第二垂直腔表面发射激光器中的每个的垂直腔的孔集成，以使能够发出多个激光发射波长中的单个激光发射波长；以及多个单模波导，每个与光栅耦合器集成，所述多个单模波导连接至多个第一集成的垂直腔表面发射激光器和高对比度光栅以及多个第二集成的垂直腔表面发射激光器和高对比度光栅中的每个，其中所述光栅耦合器中的每个对准至一集成的垂直腔表面发射激光器和高对比度光栅，其中所述多个第一垂直腔表面发射激光器中的每个被配置为产生与被配置为由所述多个第二垂直腔表面发射激光器产生的第二范围内的波长离散的第一范围内的波长。2.根据权利要求1所述的装置，其中每个高对比度光栅使所述多个第一垂直腔表面发射激光器和所述多个第二垂直腔表面发射激光器中的每个能操作在单模下，以发出离散的激光发射波长。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述多个单模波导包括波分复用器，所述波分复用器对各个离散的激光发射波长进行集成以在单个光波导中输出。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述波分复用器是硅平台上的硅石平面光波电路。5.一种高密度激光器光学器件装置，包括：在多个分立的单体地集成的阵列中的多个垂直腔表面发射激光器；高对比度光栅，与所述多个垂直腔表面发射激光器中的每个的垂直腔的孔集成，以使能够发出多个激光发射波长中的单个激光发射波长，其中所述多个激光发射波长各自以1纳米至20纳米的范围间隔开；以及多个单模波导，每个与光栅耦合器集成，所述多个单模波导连接至多个集成的垂直腔表面发射激光器和高对比度光栅中的每个，其中所述光栅耦合器中的每个对准至一集成的垂直腔表面发射激光器和高对比度光栅，其中在第一分立的阵列中的多个垂直腔表面发射激光器中的每个被配置为产生与被配置为由在其他分立的阵列中的其他垂直腔表面发射激光器产生的多个其他范围内的波长离散的第一范围内的波长。6.根据权利要求5所述的装置，其中所述光栅耦合器中的每个自对准至所述一集成的垂直腔表面发射激光器和高对比度光栅。7.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·瑞恩·泰·谭，戴维·A·法塔勒，韦恩·V·瑟林，沙吉·V·马塔尔，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国;US