CN101501541B - 用于监视dwdm发射器阵列的光栅抽头方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种集成DWDM发射器装置包括硅基二氧化硅基片，该硅基二氧化硅基片包括二氧化硅层和硅层。在二氧化硅层中提供多个输入波导和多个光栅。所述多个光栅(151)的每一个耦合到所述输入波导中对应的一个。阵列波导，所述二氧化硅层中的至少一个输出波导耦合到所述阵列波导光栅。所述发射器还包括所述硅基二氧化硅基片凹进区域里的多个激光器(141、142、143、144)，所述激光器的每一个光耦合到所述多个输入波导中对应的一个。所述集成发射器还包括多个光电二极管，所述多个光电二极管(161)的每一个在所述多个光栅中对应的一个之上。

Description

用于监视DWDM发射器阵列的光栅抽头方法和系统
技术领域
本发明涉及纤维光输送系统。具体而言，本发明的实施例提供一种紧凑、低成本的可集成解决方案，用来监视平面光波电路(PLC，Planar Lightwave Circuit)平台上集成的密集波分复用(DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing)发射器阵列中的单个光功率。仅仅是作为实例，本发明提供一种方法，用于利用二氧化硅/硅波导上形成的小折射指数光栅，将光功率的一部分垂直地重新定向到传输媒质外，供光栅以上的PLC上焊接的光电二极管倒装片检测。但是要认识到本发明有更广的应用。
背景技术
自从90年代早期，人们已经付出了可观的努力来为密集波分复用应用开发紧凑、低成本发射器。一种有前途的方法是将半导体激光器、光抽头和基于二氧化硅的波导器件，例如阵列波导光栅(AWG，Arrayed Waveguide Grating)或耦合器，集成在一起，从而拥有1×N DWDM发射器阵列。与离散器件相比，这一方法在发射器和MUX单元之间不需要纤维跨接线。还有，与用各自的物理外壳和纤维引线来封装每个发射器和MUX的方式相比，这种混合集成仅仅利用小数量引线的一个壳子来封装。另外，发射器阵列的物理尺寸比利用离散器件制作的小得多，因而能够显著地提高端口密度。
即便是这些常规DWDM系统在某些领域是有用的，它们仍然有许多局限性，限制了它们在更多应用中的有效性。下面讨论这些局限性中的一部分，然后提供基于本发明的实施例的改进技术。
发明内容
本发明涉及纤维光输送系统。具体而言，本发明的实施例提供一种紧凑、低成本的可集成解决方案，用来监视平面光波电路(PLC)平台上集成的DWDM发射器阵列中的单个光功率。仅仅是作为实例，本发明提供一种方法，用于利用二氧化硅/硅波导上形成的小折射指数光栅，将光功率的一部分垂直地重新定向到传输媒质外，供光栅以上的PLC上焊接的光电二极管倒装片检测。但是要认识到本发明有更广的应用。
根据一个具体实施例，本发明提供一种集成DWDM发射器装置，该装置包括：硅基二氧化硅基片，该硅基二氧化硅基片包括二氧化硅层和硅层。该硅基二氧化硅基片包括凹进区域。所述发射器包括所述二氧化硅层中的多个输入波导和所述二氧化硅层中的多个光栅。所述多个光栅的每一个耦合到所述输入波导中对应的一个。阵列波导光栅被放置在所述二氧化硅层中并耦合到所述多个输入波导。至少一个输出波导被放置在所述二氧化硅层中并耦合到所述阵列波导光栅。所述发射器还包括所述硅基二氧化硅基片凹进区域中放置的多个激光器。所述多个激光器的每一个光耦合到所述多个输入波导中对应的一个。所述发射器还包括多个光电二极管，所述多个光电二极管的每一个在所述多个光栅中对应的一个之上。其中所述二氧化硅层中输入波导的每一个包括包裹区域包围的芯区，所述芯区的折射指数高于所述包裹区域的折射指数，其中所述多个光栅的每一个包括所述包裹区域一部分中的多个光栅元件，选择所述多个光栅元件的间距来在相对于所述芯区的轴90度处提供最大衍射功率，同时避免后向反射，其中输入波导的第一波长λ1和第二波长λ2之间的带内的DWDM波长，从
Figure GSB00000519398700021
和
Figure GSB00000519398700022
之间的范围以外选择所述多个光栅的每一个里光栅元件的间距，其中n是所述波导的折射指数，m是一个整数
在一个实施例中，所述多个光栅的每一个放置在所述芯区以上所述包裹区域的一部分中。每个光栅包括多个光栅元件。在一个实施例中，多个光栅的每一个包括所述包裹区域中的多个衍射区域，所述多个衍射区域的特征在于不同于所述包裹区域的折射指数的折射指数。在一个具体实施例中，所述包裹区域是在未掺杂二氧化硅中形成的，所述衍射区域是在掺杂二氧化硅中形成的。在一个具体实施例中，所述芯区包括掺杂二氧化硅，所述包裹区域包括未掺杂二氧化硅。在一个实施例中，输入波导的特征在于C频带(1530～1560nm)中的DWDM波长，所述多个光栅元件的间距是从510～520nm、1020～1040nm或1530～1560nm之间的范围以外选择出来的。
根据另一个具体实施例，本发明提供一种集成DWDM发射器装置，该装置包括：硅基二氧化硅基片，该硅基二氧化硅基片包括二氧化硅层和硅层，该硅基二氧化硅基片具有凹进区域；多个输入波导，所述多个输入波导处于所述二氧化硅层中，所述输入波导的每一个包括包裹区域包围的芯区，所述芯区的折射指数高于所述包裹区域的折射指数；多个光栅，所述多个光栅处于所述二氧化硅层中，所述多个光栅的每一个耦合到所述输入波导中对应的一个，所述多个光栅的每一个放置在所述芯区上的所述包裹区域的一部分中；阵列波导光栅，所述阵列波导光栅处于所述二氧化硅层中并且耦合到所述多个输入波导；至少一个输出波导，所述至少一个输出波导处于所述二氧化硅层中并且耦合到所述阵列波导光栅；多个激光器，所述多个激光器处于所述硅基二氧化硅基片的凹进区域中放置，所述激光器的每一个光耦合到所述多个输入波导中对应的一个；以及多个光电二极管，所述多个光电二极管的每一个在所述多个光栅中对应的一个之上，其中所述多个光栅的每一个包括所述包裹区域一部分中的多个光栅元件，选择所述多个光栅元件的间距来在相对于所述芯区的轴90度处提供最大衍射功率，同时避免后向反射，其中输入波导的第一波长λ1和第二波长λ2之间的带内的DWDM波长，从
Figure GSB00000519398700041
和
Figure GSB00000519398700042
之间的范围以外选择所述多个光栅的每一个里光栅元件的间距，其中n是所述波导的折射指数，m是一个整数。
根据一个替换实施例，本发明提供一种形成集成DWDM发射器装置的方法，该方法包括：
提供硅层；
在所述硅层上的二氧化硅层中形成光复用器，所述光复用器包括多个输入波导和至少一个输出波导，其中所述形成光复用器包括：
在所述硅层上形成第一二氧化硅包裹层；
在所述第一二氧化硅包裹层上形成二氧化硅芯层；
至少腐蚀所述二氧化硅芯层的一部分；以及
在被腐蚀的所述二氧化硅芯层和所述第一二氧化硅包裹层上沉积第二二氧化硅包裹层；
在所述第二二氧化硅包裹层中形成多个光栅，所述多个光栅的每一个耦合到所述输入波导中对应的一个；
至少去掉所述二氧化硅层的第一部分，以露出表面；
将多个半导体激光器安装到所述表面，所述激光器的每一个光耦合到所述多个输入波导中对应的一个；以及
将多个光电二极管附着到所述二氧化硅层，所述多个光电二极管的每一个在所述多个光栅中对应的一个之上，
所述芯层的折射指数高于所述第一二氧化硅包裹层和所述第二二氧化硅包裹层的折射指数，
其中所述多个光栅的每一个包括所述第二二氧化硅包裹层一部分中的多个光栅元件，选择所述多个光栅元件的间距来在相对于所述芯区的轴90度处提供最大衍射功率，同时避免后向反射，
其中输入波导的第一波长λ1和第二波长λ2之间的带内的DWDM波长，从
Figure GSB00000519398700051
和
Figure GSB00000519398700052
之间的范围以外选择所述多个光栅的每一个里光栅元件的间距，其中n是所述波导的折射指数，m是一个整数。
在该方法的一个具体实施例中，第一二氧化硅包裹层包括未掺杂二氧化硅层。在一个实施例中，第二二氧化硅包裹层包括未掺杂二氧化硅层。在一个实施例中，二氧化硅芯层包括掺杂二氧化硅层。在一个具体实施例中，所述多个光栅的每一个包括所述芯区以上包裹区域一部分中的多个衍射区域。所述多个衍射区域的特征在于不同于所述包裹区域的折射指数的折射指数。在一个具体实施例中，所述包裹区域是在未掺杂二氧化硅中形成的，所述衍射区域是在掺杂二氧化硅中形成的。在一个替换实施例中，所述多个光栅是利用掩膜进行UV曝光形成的。
相对于常规技术，本发明有许多优点。例如，在特定实施例中，本发明提供一种紧凑、低成本的可集成解决方案来监视PLC平台上集成的DWDM发射器阵列中的光功率。本发明的一些实施例提供非常紧凑、低成本的解决方案来监视集成有源/无源光学中的光功率。在具体实施例中，光重新定向方法不需要在芯片上附加任何“不动产”，并提供更好的/可以比拟的性能。与激光器和光电二极管的单片集成相比，本发明的各个实施例还消除了对激光发射器的一些限制。因此能够用本发明构建更高性能的发射器和集成光学器件。
通过参考后面的详细描述和附图，能够更加全面地理解本发明的各个附加目的、特征和优点。
附图说明
图1是本发明一个实施例中利用光栅抽头进行功率监视的集成1×4DWDM发射器阵列的简化示意图；
图2A是本发明另一个实施例中混合集成DWDM发射器的简化顶视图；
图2B是本发明另一个实施例中图2A所示混合集成DWDM发射器的简化扩展剖视图；
图3是本发明一个实施例中集成发射器阵列一个分支的简化视图；
图4是说明本发明一个实施例中干涉条件的简化示意图；以及
图5是本发明一个实施例中制作集成DWDM发射器的简化流程图。
具体实施方式
本发明涉及纤维光输送系统。具体而言，本发明的实施例提供一种紧凑、低成本的可集成解决方案，用来监视PLC平台上集成的DWDM发射器阵列中的单个光功率。仅仅是作为实例，本发明提供一种方法，用于利用二氧化硅/硅波导上形成的小折射指数光栅，将光功率的一部分垂直地重新定向到传输媒质外，供光栅以上的PLC上焊接的光电二极管倒装片检测。但是要认识到本发明有更广的应用。
如上所述，通过将半导体激光器、光抽头和基于二氧化硅的波导器件，例如AWG或耦合器，集成在一起，从而拥有1×N WDM发射器阵列，这样做能够减小光发射器阵列的组件数量和尺寸。
但是，这种集成方法，尽管在理论上无懈可击，却在实施时有许多困难。例如，为了具有良好的产出率，需要避免将任何光放大器，例如半导体光放大器(SOA，Semiconductor Optical Amplifier)，集成到发射器上去。没有SOA，MUX后的发射器功率常常不足以远距离应用，例如超过80千米的应用。与发射机发出功率有关的一个问题是需要利用离散光电二极管芯片进行功率监视。常常需要光耦合器将信号从它的光路上抽取出来。在这种集成方法中，这意味着使用集成耦合器，将光从耦合器输出到检测器，从而显著地增加集成的复杂程度和成本。
目前，监视PLC波导中光信号的技术包括制作另外的波导，这些波导与有信号要监视的波导弱耦合，将这些波导引导到芯片的边缘，在那里能够用光电二极管检测光。这些技术尽管非常有效，但是需要很大的芯片尺寸来防止波导交叉，但是它们不能提供足够的空间以便在边缘上附着光电二极管(PD，Photo Diode)，特别是当集成发射器的数量增加的时候。
抽头与发射器的单片集成，例如分布式反馈(DFB，Distributed Feedback)激光器，虽然很常见，但是却会降低发射器的输出功率。在许多DWDM应用中，这一降低带来的后果是只能用于较小的网络和较短的距离。
由此可以看出，需要一种新的、更加简单并且低成本的方法来监视集成DWDM发射器中的光功率。
根据实施例的情况不同，本发明包括可能使用的各种特征。这些特征包括：
1.利用集成波导中折射指数的周期性改变来将一部分光重新定向到波导外；
2.提供一种方法用来将光栅结构放置在包裹区域内的波导芯以外；
3.可以将重新定向角设置成相对于波导表面成接近但是不等于90度角，或者不会产生向后反射的需要的任何其它角度；以及
4.提供一种方法用于形成这种周期性结构。
如上所述，上述特征可以在下面提供的一个或多个实施例中。这些特征仅仅是实例，不应当不恰当地限制本申请的范围。本领域普通技术人员会想到许多变化、改进和替换。
图1是本发明一个实施例中利用光栅抽头进行功率监视的集成1×4DWDM发射器阵列的简化示意图。这个图仅仅是实例，不应当不恰当地限制这里的权利要求的范围。本领域普通技术人员会想到许多变化、改进和替换。如图所述，集成DWDM发射器100包括硅台面101和硅台面101上的光复用器。在一个具体实施例中，光复用器包括在硅台面中硅基二氧化硅平面光波电路(PLC)里制作的阵列波导光栅(AWG)110。集成发射器100还包括一个或多个激光器，例如141～144。在一个优选实施例中，激光器包括用InP制作的直接调制激光器(DML，Direct-Modulated Laser)激光器。在一些实施例中，激光器141～144可以在激光阵列芯片中形成。在其它实施例中，激光器141～144可以是单个的一些激光器芯片。当然，还会有其它变化、改进和替换。
在一个具体实施例中，AWG 110包括一个光输出波导112、多个输入波导113和光栅波导116。在一个实施例中，输出波导112光耦合到光纤119，光纤119可以耦合到光传输系统。在一个具体实施例中，光栅波导116包括用于耦合到输入和输出波导的多个波导。116中的光栅波导具有变化的长度，用于实现波分复用和去复用功能。
根据本发明的一个实施例，集成发射器100包括光栅抽头，例如151，它耦合到输入波导，用于监视波导中的光功率。在一个具体实施例中，光电二极管，例如161，以及光栅抽头，例如151，耦合到输入波导。下面给出集成发射器的更多细节。
图2A是本发明一个实施例中混合集成DWDM发射器的简化顶视图。这个图仅仅是实例，不应当不恰当地限制这里的权利要求的范围。本领域普通技术人员会想到许多变化、改进和替换。为了方便引用，图1、2A和2B中相似的组件用相同的数字标记。如图2A所示，混合集成DWDM发射器200包括硅台面101。在一个具体实施例中，硅台面101包括硅基二氧化硅基片。混合发射器200还包括硅台面中的光复用器。在一个具体实施例中，光复用器包括在硅台面中硅基二氧化硅平面光波电路(PLC)里制作的阵列波导光栅(AWG)110。混合发射器200还包括一个或多个多激光器阵列芯片，例如114和115。在一个优选实施例中，激光器阵列芯片包括用InP制作的DML激光器。在一个具体实施例中，每个InP激光器阵列芯片包括两个或多个激光器，例如激光器141～144。在其它实施例中，激光器141～144可以在单个的一些激光器芯片中形成。当然，还会有其它变化、改进和替换。
在一个具体实施例中，AWG 110包括一个光输出端口112，多个输入端口113，以及光栅波导116。在一个实施例中，输出端口112光耦合到光纤119，光纤119可以耦合到光传输系统。输出和输入端口可以，例如，全部以波导的形式实现。在一个具体实施例中，光栅波导116包括多个波导，用于耦合到输入和输出端口。这些波导具有变化的长度，用于实现波分复用和去复用功能。在一些实施例中，AWG的每个输入端口具有与光传输有关的中心波长和通带。在一个具体实施例中，中心波长对应于与ITU-T标准定义的频率有关的特定波长，例如193.1THz。
图2B是本发明一个实施例中图2A所示混合集成DWDM发射器200的简化剖视图。这个图只是一个实例，它不应当不恰当地限制本发明权利要求的范围。本领域技术人员能够想到其它变化、改进和替换。如上所述，波导包括硅基片124上未掺杂二氧化硅层122中包围的掺杂二氧化硅区域121。在一个具体实施例中，掺杂二氧化硅区域121具有比未掺杂二氧化硅区域的折射指数高的折射指数。在一个具体实施例中，掺杂二氧化硅区域121的折射指数为大约1.47，未掺杂二氧化硅区域的折射指数为大约1.45。
根据本发明的一个实施例，集成发射器200包括一个或多个激光器阵列芯片，每个激光器阵列芯片可以包括两个或多个激光器。在图2A所示的具体实施例中，集成发射器200包括两个直接调制激光器(DML)阵列芯片114和115。在这个具体实施例中，DML阵列芯片114和115的每一个包括InP制作的四个直接调制激光器(DML)141～144。在其它实施例中，激光器141～144可以是单个激光器芯片。在一个具体实施例中，DML是分布式反馈(DFB)激光器类型的，因此工作于单频模式。在一些实施例中，每个DML工作于ITU-T标准定义的特定波长(频率)附近，例如193.1THz。当然，本领域技术人员会想到其它变化、改进和替换。
根据本发明的一些实施例，DML阵列还可能是单个DML芯片。在另一个实施例中，DML芯片可以用集成CW激光器和调制器替换，例如具有电吸收(EA，Electro-Absorption)调制器的集成DFB激光器。在替换实旋例中，激光器还可以是分布式布拉格光栅(DBR，Distributed Bragg Gratting)激光器。在各个实施例中，AWG可以用宽带N×1PLC波导合成器替换。在特定实施例中，可以用铒掺杂纤维放大器(EDFA，Erbium Doped Fiber Amplifier)或铒掺杂波导放大器(EDWA，Erbium Doped Waveguide Amplifier)来补偿宽带合成器的过度损耗。
如图2A所示，根据本发明的一些实施例，DML阵列芯片安装在硅台面101的一部分上，在AWG 110的输入端口113的附近。在一个实施例中，这一安装是利用p面向下的倒装片方法实现的。根据实施例的不同，还可以使用利用合适粘合剂的其它焊接方法。在图2B中，硅台面101包括硅基二氧化硅基片。硅台面的区域包括AWG波导。在硅台面的另一个区域中，去掉二氧化硅的一部分形成凹进区域，可以将DML阵列芯片安装在硅基片上剩余二氧化硅的表面。在另一个实施例中，去掉硅台面第二区域中的二氧化硅层，将DML阵列芯片安装在露出的硅表面上。
根据本发明的一个具体实施例，硅台面安装在支撑组件130上，如图2B所示。在一个具体实施例中，支撑组件130包括可选小装配(optional submount)132和温度调整组件134。温度调整组件将波导、AWG和DML这种光学组件保持在合适的工作温度，例如～25℃。在一个具体实施例中，温度调整组件包括热电冷却器(TEC，Thermal Electric Cooler)。在特定实施例中，集成发射器100还包括每个激光器附近的微型加热器用于进行温度调整。在一个实施例中，在工作温度上，DML的中心波长近似匹配AWG输入端口的波长，例如193.1THz、193.2THz、193.3THz等。典型情况下，AWG的中心波长会以～0.01nm/℃随温度偏移，InP激光器的中心波长会以～0.1nm/℃随温度偏移。在一些实施例中，支撑组件130还包括温度调整组件134上的小装配132。在一个实施例中，小装配132由包含金属或陶瓷的材料制作，它们提供机械强度。小装配还具有温度调整组件控制光学组件(例如激光器和波导)的温度所需要的良好的导热性能。
图3是本发明一个实施例中集成发射器阵列一个分支的简化视图。这个图只是一个实例，不应当不恰当地限制这里的权利要求的范围。本领域技术人员会想到其它变化、改进和替换。如图所示，这个剖视图说明输入波导313的一部分，它位于激光二极管芯片315附近，在AWG(没有画出)处它与其它输入波导合并之前。在一个实施例中，波导313位于参考图2A和2B所讨论的二氧化硅层内。波导313包括包裹区域322环绕的芯区321，类似于图2A和2B所示的波导。在一个具体实施例中，芯区的特征在于折射指数高于包裹层的折射指数。在一个实施例中，芯区321可以是未掺杂二氧化硅包裹区域322包围的掺杂二氧化硅区域。
根据本发明的一个实施例，形成折射指数光栅351，它在耦合到激光二极管315的波导313之上。光栅351通常包括多个光栅元件。在一个实施例中，光栅351包括包裹区域322一部分中的多个衍射区域。这些衍射区域的特征在于折射指数不同于包裹区域的折射指数。在一个实施例中，光栅351沿着传播方向放置在波导芯区321以上的包裹区域322中。当光沿着芯子传播时，在接口附近包裹中传播的一部分光到达光栅351时，它会遇到折射指数的周期性变化(称为包裹模式)。这一部分光将按照上图所示发生衍射而离开光栅。来自沿着光栅的每一个间隔的衍射光在不同的角度以互相增强或互相抵消的方式发生干涉。本发明的具体实施例提供一种光栅设计，这种设计中，在几乎垂直于传播方向的方向上出现互相增强的干涉。根据本发明的一个实施例，来自光栅的衍射光的量正比于波导中的光。在本发明的一个具体实施例中，将光电二极管361放在光栅351以上，准确地监视波导中的光功率。
在图3所示的实施例中，光栅嵌入芯子顶部的波导芯片中，光电二极管放置在光栅以上。因此，根据本发明的实施例，设计这种发射器时不需要任何额外的芯片空间。在一个实施例中，芯子到检测器的耦合效率很大程度上取决于光栅到包裹/芯子界面的距离。距离越近，效率越高。
在特定实施例中，用类似于上面描述的形成波导的技术形成光栅。例如，光栅中的衍射区域可以通过以下方式在光栅中形成：沉积折射指数不同于包裹的光栅材料，将光栅材料腐蚀成需要的形状，用一层包裹材料覆盖它。在一个具体实施例中，在未掺杂二氧化硅中形成包裹区域，在掺杂二氧化硅中形成衍射区域。根据实施例的不同，还可以使用其它方法。在一些实施例中，可以利用掩膜进行UV曝光来制作光栅。例如，可以用UV曝光来改变波导包裹区域中特定衍射区域里的折射指数，形成光栅。
图4是说明本发明一个实施例中干涉条件的简化示意图。这个图仅仅是实例，不应当不恰当地限制这里的权利要求的范围。本领域普通技术人员会想到许多变化、改进和替换。如图3所示，在接近90度的反射角处(垂直于芯片表面)出现互相增强干涉的条件由以下表达式给出：
L-L*sin(θ)＝m*λ/n
其中θ是偏离90度方向的角度，m是整数，λ是发射器波长，n是波导的折射指数，L是周期性光栅的间距。
对于主要的互相增强干涉方向，m＝1；当L＝λ/N时在90度处得到最大衍射功率。但是，这个条件会产生很强的后向反射，因为它与激光发射(lasing)波长谐振，导致发射器波长/功率高度不稳定性。令θ等于-90度得到具有这种后向反射的一般条件，也就是：
L = m ( λ / n ) 2
在本发明的一个实施例中，对于C波段(1530～1560纳米)的DWDM波长，二氧化硅波导(n＝1.5)中的这个间隔不可能在510～520纳米、1020～1040纳米或1530～1560纳米等等之间。因此，根据本发明的一个具体实施例，选择L的规则使得间隔值应当尽可能接近λ，但是不落入上述任何一个窗口中。换句话说，对于以第一波长λ1和第二波长λ2之间的频带内的波长为特征的波导，从
Figure GSB00000519398700121
和
Figure GSB00000519398700122
之间的范围以外选择每个光栅的光栅元件间距，其中n是波导的折射指数，m是整数。
虽然前面用集成DWDM发射器系统的选定组组件进行了说明，但是还会有其它替换、改进和变化。例如可以扩展和/或合并一些组件。可以将其它组件插入上述组件。根据实施例的不同，可以交换组件布局，而其它的则被替换。
图5是说明本发明一个实施例中制作集成DWDM发射器的简化流程图。这个图仅仅是实例，不应当不恰当地限制这里的权利要求的范围。本领域普通技术人员会想到许多变化、改进和替换。参考图5，可以将这个方法简述如下。
1.(步骤510)提供硅层；
2.(步骤520)在硅层以上的二氧化硅层中形成光复用器；
3.(步骤530)在二氧化硅层中形成光栅；
4.(步骤540)去掉二氧化硅层的第一部分，形成凹进，露出表面；
5.(步骤550)将激光器芯片安装到表面；以及
6.(步骤560)附着光电二极管，覆盖光栅。
如上所述，图5说明制作集成DWDM发射器装置的方法。下面讨论这一方法，通过参考图1～4能够更好地理解特定细节。该方法包括(步骤510)提供硅层并且(步骤520)在硅层上的二氧化硅层中形成光复用器。在一个实施例中，光复用器包括多个输入波导和至少一个输出波导。在一个实施例中，光复用器还包括阵列波导光栅。在一个实施例中，形成光复用器的过程(步骤520)包括以下过程：在硅层上形成第一二氧化硅包裹层；在第一二氧化硅包裹层上形成二氧化硅芯层；腐蚀二氧化硅芯层的至少一部分；在被腐蚀的二氧化硅芯层和第一二氧化硅包裹层上沉积第二二氧化硅包裹层。在一个实施例中，第一二氧化硅包裹层和第二包裹层是未掺杂二氧化硅层。二氧化硅芯层可以是掺杂二氧化硅层。
在步骤530中，这一方法包括在二氧化硅层中形成光栅，用于将光信号引导到光电二极管，用于监视波导中的光功率。如同上面参考图3所讨论的一样，在一个具体实施例中，在耦合到激光二极管315的波导313上腐蚀折射指数光栅351。在一个具体实施例中，光栅351包括包裹区域322一部分中的多个衍射区域。在一个实施例中，光栅351沿着传播方向放置，在波导芯区321以上的包裹区域322中。在一个具体实施例中，在未掺杂二氧化硅中形成包裹区域，在掺杂二氧化硅中形成衍射区域。在一些实施例中，可利用掩膜进行UV曝光来制作光栅。例如，可以用UV曝光来改变波导包裹区域中特定衍射区域里的折射指数，形成光栅。
在步骤540中，这一方法包括去掉二氧化硅层的至少第一部分，形成凹进区域，露出表面。根据实施例的不同，露出的表面可以是硅表面或二氧化硅表面。在步骤550中，这一方法包括将半导体激光器芯片安装到表面。在一个具体实施例中，每个激光器阵列芯片包括一个或多个InP激光二极管。可以用例如倒装片安装方法安装。每个激光器阵列芯片光耦合到多个输入波导中对应的一个。这一方法还包括(步骤560)附着多个光电二极管，多个光电二极管中的每一个在多个光栅中对应的一个之上。
上述过程序列提供一种方法用于制作本发明一个实施例中的集成DWDM发射器装置。如图所示，这一方法使用工艺组合，包括在硅基二氧化硅基片中制作光复用器，在基片一部分上安装激光器阵列芯片。还可以提供其它替换，添加、去除一个或多个步骤，或者用不同的顺序提供一个或多个步骤，而不会偏离权利要求的范围。可以在本说明书中找到本方法更多的细节。
相对于常规技术，本发明有许多优点。例如，在特定实施例中，本发明提供一种紧凑、低成本的可集成解决方案来监视PLC平台上集成的DWDM发射器阵列中的单个光功率。本发明的一些实施例提供非常紧凑、低成本的解决方案来监视集成有源/无源光学中的光功率。在具体实施例中，光重新定向方法不需要在芯片上附加任何“不动产”，并提供更好的/可以比拟的性能。与激光器和光电二极管的单片集成相比，本发明的各个实施例还消除了对激光发射器的一些限制。因此能够用本发明构建更高性能的发射器和集成光学器件。
尽管说明和描述了本发明的优选实施例，但是要明白本发明不限于这些实施例。数不清的改进、改变、变化、替换和等同替换对于本领域技术人员而言，显然不会偏离权利要求描述的本发明的实质和范围。

Claims (14)

1.一种集成DWDM发射器装置，该装置包括：
硅基二氧化硅基片，该硅基二氧化硅基片包括二氧化硅层和硅层，该硅基二氧化硅基片具有凹进区域；
多个输入波导，所述多个输入波导处于所述二氧化硅层中；
多个光栅，所述多个光栅处于所述二氧化硅层中，是在芯区上的包裹区域的一部分中形成的，所述多个光栅的每一个耦合到所述输入波导中对应的一个；
阵列波导光栅，阵列波导光栅处于所述二氧化硅层中并且耦合到所述多个输入波导；
至少一个输出波导，所述至少一个输出波导处于所述二氧化硅层中并且耦合到所述阵列波导光栅；
多个激光器，所述多个激光器处于所述硅基二氧化硅基片凹进区域中，所述多个激光器的每一个光耦合到所述多个输入波导中对应的一个；以及
多个光电二极管，所述多个光电二极管的每一个在所述多个光栅中对应的一个之上，
其中所述二氧化硅层中输入波导的每一个包括包裹区域包围的芯区，所述芯区的折射指数高于所述包裹区域的折射指数，
其中所述多个光栅的每一个包括所述包裹区域一部分中的多个光栅元件，选择所述多个光栅元件的间距来在相对于所述芯区的轴90度处提供最大衍射功率，同时避免后向反射，
其中输入波导的第一波长λ1和第二波长λ2之间的带内的DWDM波长，从
Figure FSB00000519398600011
和
Figure FSB00000519398600012
之间的范围以外选择所述多个光栅的每一个里光栅元件的间距，其中n是所述波导的折射指数，m是一个整数。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述多个光栅的每一个包括所述包裹区域中的多个衍射区域，其特征在于，所述多个衍射区域的折射指数不同于所述包裹区域的折射指数。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述包裹区域包括未掺杂二氧化硅，所述衍射区域包括掺杂二氧化硅。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述芯区包括掺杂二氧化硅，所述包裹区域包括未掺杂二氧化硅。
5.一种集成DWDM发射器装置，该装置包括：
硅基二氧化硅基片，该硅基二氧化硅基片包括二氧化硅层和硅层，该硅基二氧化硅基片具有凹进区域；
多个输入波导，所述多个输入波导处于所述二氧化硅层中，所述输入波导的每一个包括包裹区域包围的芯区，所述芯区的折射指数高于所述包裹区域的折射指数；
多个光栅，所述多个光栅处于所述二氧化硅层中，所述多个光栅的每一个耦合到所述输入波导中对应的一个，所述多个光栅的每一个放置在所述芯区上的所述包裹区域的一部分中；
阵列波导光栅，所述阵列波导光栅处于所述二氧化硅层中并且耦合到所述多个输入波导；
至少一个输出波导，所述至少一个输出波导处于所述二氧化硅层中并且耦合到所述阵列波导光栅；
多个激光器，所述多个激光器处于所述硅基二氧化硅基片的凹进区域中放置，所述激光器的每一个光耦合到所述多个输入波导中对应的一个；以及
多个光电二极管，所述多个光电二极管的每一个在所述多个光栅中对应的一个之上，
其中所述多个光栅的每一个包括所述包裹区域一部分中的多个光栅元件，选择所述多个光栅元件的间距来在相对于所述芯区的轴90度处提供最大衍射功率，同时避免后向反射，
其中输入波导的第一波长λ1和第二波长λ2之间的带内的DWDM波长，从
Figure FSB00000519398600031
和
Figure FSB00000519398600032
之间的范围以外选择所述多个光栅的每一个里光栅元件的间距，其中n是所述波导的折射指数，m是一个整数。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述多个光栅的每一个包括所述包裹区域中的多个衍射区域，其特征在于，所述多个衍射区域的折射指数不同于所述包裹区域的折射指数。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述包裹区域包括未掺杂二氧化硅，所述衍射区域包括掺杂二氧化硅。
8.一种形成集成DWDM发射器装置的方法，该方法包括：
提供硅层；
在所述硅层上的二氧化硅层中形成光复用器，所述光复用器包括多个输入波导和至少一个输出波导，其中所述形成光复用器包括：
在所述硅层上形成第一二氧化硅包裹层；
在所述第一二氧化硅包裹层上形成二氧化硅芯层；
至少腐蚀所述二氧化硅芯层的一部分；以及
在被腐蚀的所述二氧化硅芯层和所述第一二氧化硅包裹层上沉积第二二氧化硅包裹层；
在所述第二二氧化硅包裹层中形成多个光栅，所述多个光栅的每一个耦合到所述输入波导中对应的一个；
至少去掉所述二氧化硅层的第一部分，以露出表面；
将多个半导体激光器安装到所述表面，所述激光器的每一个光耦合到所述多个输入波导中对应的一个；以及
将多个光电二极管附着到所述二氧化硅层，所述多个光电二极管的每一个在所述多个光栅中对应的一个之上，
所述芯层的折射指数高于所述第一二氧化硅包裹层和所述第二二氧化硅包裹层的折射指数，
其中所述多个光栅的每一个包括所述第二二氧化硅包裹层一部分中的多个光栅元件，选择所述多个光栅元件的间距来在相对于所述芯区的轴90度处提供最大衍射功率，同时避免后向反射，
其中输入波导的第一波长λ1和第二波长λ2之间的带内的DWDM波长，从
Figure FSB00000519398600041
和之间的范围以外选择所述多个光栅的每一个里光栅元件的间距，其中n是所述波导的折射指数，m是一个整数。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述第一二氧化硅包裹层包括未掺杂二氧化硅层。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述第二二氧化硅包裹层包括未掺杂二氧化硅层。
11.如权利要求8所述的方法，其中所述二氧化硅芯层包括掺杂二氧化硅层。
12.如权利要求8所述的方法，其中所述多个光栅的每一个包括所述第二二氧化硅包裹层中的多个衍射区域，其特征在于，所述多个衍射区域的折射指数不同于所述第二二氧化硅包裹层的折射指数。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述第二二氧化硅包裹层包括未掺杂二氧化硅，所述衍射区域包括掺杂二氧化硅。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述多个光栅是利用掩膜进行UV曝光形成的。
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