CN111095693B - 用于相干传输系统的可调谐激光器 - Google Patents

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Abstract

描述了一种可调谐激光器装置。在一个示例中，可调谐激光器装置包括自适应环形镜、增益波导、环路镜波导和升压放大器波导。增益波导和升压放大器波导可以形成在可调谐激光器装置的半导体光放大器(SOA)区域中，并且自适应环形镜和环路镜波导可以形成在可调谐激光器装置的硅光子区域中。自适应环形镜包括光学地耦合在多个MMI耦合器之间的移相器。通过使用移相器来引起相移，可调谐激光器装置的输出的波长可以被改变或调整，以用于例如除其他应用外的相干光纤通信。

Description

用于相干传输系统的可调谐激光器
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年9月20日提交的美国临时申请第62/560,960号的权益，其全部内容在此通过引用并入本文中。
背景技术
在硅光子学(SiPh)中，光学器件使用半导体材料与电子部件集成，并且使用半导体制造技术进行单片处理。除了其他用途，可以在光纤通信中依赖SiPh装置在光发送器与接收器之间传送数据。在光发送器中，数据被用来调制光，例如由光或激光发射二极管产生的光，并且经调制的光可以通过波导、光纤线缆等传输至光接收器。与在电子域中传输的数据相比，经调制的光流(例如，光数据流)更适合于长距离、低损耗的数据传输。
发明内容
描述了一种可调谐激光器装置。在一个示例中，可调谐激光器装置包括自适应环形镜、增益波导、环路镜波导和升压放大器波导。增益波导和升压放大器波导可以形成在可调谐激光器装置的半导体光放大器(SOA)区域中，并且自适应环形镜和环路镜波导可以形成在可调谐激光器装置的硅光子区域中。自适应环形镜包括光学地耦合在多个MMI耦合器之间的移相器。通过使用移相器来引起相移，可调谐激光器装置的输出的波长可以被改变或调整，以用于例如除其他应用外的相干光纤通信。
附图说明
参照以下附图可以更好地理解本公开内容的方面。注意，附图中的元件不一定按比例绘制，而是着重于清楚地示出实施方式的原理。在附图中，贯穿若干视图，相似的附图标记表示相似或相应但不一定相同的元件。
图1示出了根据本文中描述的各种实施方式的示例可调谐激光器。
图2A和图2B示出了根据本文中描述的各种实施方式的图1所示的可调谐激光器的自适应环形镜的示例峰值波长反射特征。
图3示出了根据本文中描述的各种实施方式的图1所示的可调谐激光器的自适应环形镜的示例反射功率特征。
图4示出了根据本文中描述的各种实施方式的图1所示的可调谐激光器的自适应环形镜的示例反射差功率特征。
图5A和图5B示出了根据本文中描述的各种实施方式的图1所示的可调谐激光器的自适应环形镜随波长的示例功率反射特征。
图6示出了根据本文中描述的各种实施方式的另一示例可调谐激光器。
图7示出了根据本文中描述的各种实施方式的用于通信的激光输出调谐的过程，该过程可以由本文中描述的可调谐激光器来执行。
具体实施方式
在光纤通信中，波分复用(WDM)是如下技术：在该技术中，将激光的多个光载波复用到单个光纤上。作为示例，WDM可以在一根单模光纤上使用波长为1310和1550的两个信道以进行数据通信。WDM的扩展包括稀疏WDM(CWDM)和密集WDM(DWDM)。例如，CDWM可能使用16个信道，而DWDM可能使用40个信道。
频率网格是通信系统中允许的信道的中心频率(和相应的波长)的表。例如，对于DWDM，按照ITU-T G.694.1定义的，使用约1550nm的波长。网格是相对于193.1THz定义的并且以100GHz的间隔从191.7THz扩展到196.1THz。频率网格通常以波长表示。在这种情况下，用于DWDM的示例频率网格可以以大约0.8nm的信道间隔覆盖从1528.77nm至1563.86nm的波长范围，但是其他网格已经被扩展和划分以覆盖更大的范围。
在使用WDM、CWDM和DWDM的常规光纤通信中，强度调制(IM)或开/关键控(OOK)已经用于使用光的脉冲在任何给定信道上传递数据。IM已经被证明适用于相对低吞吐量、短距离的光通信。然而，IM在谱利用方面不是特别有效并且容易受到诸如色散(CD)和偏振模色散(PMD)等的光纤损伤的影响。为了在较长距离的光通信系统中增加数据传送的吞吐量和/或信噪比，正在考虑除了IM之外的其他调制技术。例如，对于长距离，正在考虑高带宽相干光传输、光双二进制(ODB)、差分正交相移键控(DQPSK)和包括更高阶相干调制方案的其他调制方案。然而，对于DQPSK和其他更高阶相干调制方案，半导体激光输出的波长和相位控制特别重要。
因此，依赖半导体激光器作为光纤通信系统中的关键部件。半导体激光器可以使用反射器或镜来限定光激射区域，在该区域中光子被反射以激发来自增益介质的发射。已知包括劈裂面、蚀刻面、蚀刻镜和光栅反射器等的各种结构，以实现适于提供来自半导体器件的激光输出的反射。也可以将涂层添加到劈裂面和蚀刻面以控制反射。在一些情况下，会需要多个涂层来控制多个波长的反射。光栅的反射特征与波长有关，并且需要对光栅进行仔细的设计和校准以实现宽的调谐范围。
在以上概述的上下文中，描述了一种新的可调谐半导体激光器装置。可以针对包括光纤通信的各种应用控制装置的激光输出的波长。在一个示例中，可调谐激光器装置包括自适应环形镜、增益波导、环路镜波导和升压放大器波导。增益波导和升压放大器波导可以形成在可调谐激光器装置的半导体光放大器(SOA)区域中，而自适应环形镜和环路镜波导可以形成在可调谐激光器装置的硅光子区域中。自适应环形镜包括光学地耦合在多个MMI耦合器之间的移相器。通过使用移相器引起相移，可调谐激光器装置的输出的波长可以被改变或调整，以用于例如除其他应用外的相干光纤通信。
转到附图，图1示出了根据本文中描述的各种实施方式的示例可调谐激光器10。可调谐激光器10呈现为根据本文中描述的实施方式的一个代表性示例。可调谐激光器10不一定按比例绘制，并且与图1所示的可调谐激光器相比，可以在尺寸和比例方面变化。例如，环路镜和自适应环形镜、波导和其他元件的尺寸和比例可以变化或调整，以生成特定波长或波长范围的光输出。另外，可调谐激光器10的元件的结构或布置上的变化在实施方式的范围内，并且图7示出了与本文中描述的概念一致的另一种可调谐激光器配置。
如图1所示，可调谐激光器10包括：自适应环形镜20、光学地耦合至自适应环形镜20的增益波导30、光学地耦合至增益波导30的环路镜40以及在一个端处光学地耦合至环路镜40并在另一端处适于提供可调谐激光器10的激光输出的升压放大器50。增益波导30和升压放大器50可以在可调谐激光器10的半导体光放大器(SOA)区域60中形成为波导，而自适应环形镜20和环路镜40可以形成在可调谐激光器10的硅光子(SiPh)区域70中。可调谐激光器10还包括控制驱动器80以控制功率偏置并将功率偏置提供给可调谐激光器10的元件。控制驱动器80还可以向可调谐激光器10提供控制和其他相关信号并且从可调谐激光器10获得反馈。
可调谐激光器10可以提供在一个或更多个波长处具有峰值功率的激光输出。由可调谐激光器10输出的激光的波长可以随时间而改变或调整。在一个示例中，由可调谐激光器10输出的激光的波长可以基于提供给控制驱动器80的数据81的流而被改变。换言之，由可调谐激光器10输出的激光的波长可以基于数据81的流而随时间被调制。因此，可以依赖可调谐激光器10的输出以用于例如除其他实际应用外的相干光纤通信。可调谐激光器10的操作在下面进一步详细描述。
形成有增益波导30和升压放大器50的半导体光放大器(SOA)区域60为光的产生提供增益，导致可调谐激光器10的激光输出。可调谐激光器10中的SOA区域60可以实施为包括用于提供光增益的增益介质的半导体区域。因此，增益波导30和升压放大器50可以包括有源放大区域，该有源放大区域可以被从控制驱动器80提供的能量(例如，特定的电压和/或电流)偏置。将偏置注入到增益波导30和升压放大器50中产生了载流子密度，这导致光子从导带到价带的光学跃迁。最大增益出现在光子能量刚好高于带隙能量时。
SOA区域60可以由磷化铟(InP)主体材料形成，该主体材料具有生长在顶部并使用半导体制造技术进行单片处理的活性介质。因此，增益波导30和升压放大器50可以由表现出适用于包括半导体光放大器的光电子装置的直接带隙的材料构成。在其他实施方式中，SOA区域60可以由其他II-V族或III-V族化合物材料半导体形成，所述化合物材料半导体包括铟、铝、镓、砷化物、磷和其他元素的组合，诸如GaAs/AlGaAs、InP/InGaAs、InP/InGaAsP和InP/InAlGaAs等。除其他合适的SiPh材料外，SiPh区域70可以是硅晶片上的掩埋氧化物层(BOX)或绝缘体上硅(SOI)材料。
在一个示例中，可调谐激光器10的形成增益波导30和升压放大器50的层可以包括例如由基于AlInGaAs的量子阱、势垒以及相邻的上包层区域和下包层区域形成的有源区域(例如，以提供光激射介质和/或区域)。这些层可以外延地形成在基板上，其中上包层区域和下包层区域由诸如InP的半导体材料形成，该半导体材料具有比有源区域的指数低的指数。可以在上包层的顶表面上设置InGaAs盖层，以提供一个或更多个欧姆接触。在操作期间，增益波导30和升压放大器50可以被控制驱动器80偏置，以发射在特定波长或相对窄范围的波长内表现出功率的光。
在实施方式当中，SOA区域60相对于SiPh区域70的相对尺寸和位置可以变化。在图1所示的实施方式的变化中，SOA区域60可以不被SiPh区域70围绕。例如，SOA区域60可以与SOA区域60以并排配置的方式进行布置。SOA区域60和SiPh区域70可以一起形成或者彼此分开形成。如果彼此分开形成，则SOA区域60和SiPh区域70可以由于单独的处理步骤而对准在一起。
自适应环形镜20提供可调谐反射器，并且自适应环形镜20的一个或更多个反射特征可以被调整，以调谐可调谐激光器10的激光输出的波长以用于光纤通信。环路镜40还在可调谐激光器10中提供反射器。在一些情况下，例如在图6所示的实施方式中，可以省略环路镜40。
增益波导30和升压放大器50可以横跨并沿着SOA区域60与SiPh区域70之间的界面110与环路镜40和自适应环形镜20光学地对准。它们可以沿着与美国专利第8,009,711号中描述的SOA区域和SiPh区域类似的SOA区域60和SiPh区域70的边缘、使用匹配的自对准的面(例如，马萨诸塞州洛厄尔市的MACOMTM的自对准蚀刻面(SAEFTTM)技术)、在对准处理步骤期间通过穿过它们的光的测量来跨界面110光学地对准，上述美国专利的全部公开内容通过引用并入本文中，或者使用任何其他合适的方法来跨界面110光学地对准。因此，可调谐激光器10可以形成为激光光子集成电路。
自适应环形镜20包括多个多模干涉(MMI)耦合器21至23，每个多模干涉耦合器包括根据图1所示的实施方式的单输入双输出MMI耦合器。在其他实施方式中，可以使用其他类型和布置的MMI耦合器来代替自适应环形镜20。如图所示，MMI耦合器21的第一输出光学地耦合至MMI耦合器22的输入，并且MMI耦合器21的第二输出光学地耦合至MMI耦合器23的输入。
MMI耦合器21至23可以实施为集成在自适应环形镜20中的无源部件。MMI耦合器21至23可以形成为允许被引导通过它们的光的完全干涉。因此，被引导通过MMI耦合器21至23的光可以在MMI耦合器21至23内相长地或相消地干涉。
多个线性波导25至28光学地耦合至MMI耦合器22和23的输出。自适应环形镜20还包括定位在线性波导25与26之间的第一环形波导R1以及定位在线性波导27与28之间的第二环形波导R2。为了控制R1和R2的自由光谱范围(FSR)，自适应环形镜20还包括加热器24A和24B。加热器24A和24B的尺寸和位置在图1中是代表性的，并且用于控制第一环形波导R1和第二环形波导R2的FSR的合适的加热器可以定位在其他位置。控制驱动器80可以向加热器24A和24B提供电流，以控制第一环形波导R1和第二环形波导R2的FSR，导致自适应环形镜20的至少一个反射特征的调整。
自适应环形镜20还包括移相器29。如图1所示，移相器29光学地耦合在MMI耦合器21的输出与MMI耦合器22的输入之间，以(例如，通过温度变化)使提供给第二环形波导R2的光的相位适应。可替选地，移相器29可以耦合在MMI耦合器21的另一输出与MMI耦合器23的输入之间，以使提供给第二环形波导R2的光的相位适应。在其他实施方式中，可以使用多于一个的移相器，例如用于第一环形波导R1和第二环形波导R2两者的移相器。
移相器29可以加热MMI耦合器21与MMI耦合器22之间的一段波导。移相器29可以形成为自适应环形镜20中例如为了电阻率而掺杂有铂的区域。通过施加从控制驱动器80提供的偏置电流，移相器29可以加热MMI耦合器21与MMI耦合器22之间的一段波导。当被加热时，波导的折射率改变，导致被引导通过波导的光(例如，与其输入相比，在其输出处测量的)的相移(例如，基于传播延迟)。可以基于数据81将偏置电流从控制驱动器80提供给移相器29，以调制可调谐激光器10的输出以用于相干光纤通信。
在自适应环形镜20中，来自波导25至28的光可以光学地耦合到环形波导R1和R2中。在环形波导R1和R2内，光可以在特定的波长与其自身相长地和/或相消地干涉。因为只有特定波长(或波长范围)的光将相长地干涉，所以自适应环形镜20可以当作一种类型的光学或波长滤波器，并且一部分光可以从自适应环形镜20镜射回来。此外，因为移相器29可以调整被引导通过MMI耦合器21与MMI耦合器22之间的波导的光的相位(例如，传播延迟)，所以环形波导R1和R2以及MMI耦合器21至23内的干涉可以基于移相器29的调整而变化。
控制驱动器80可以被配置成向可调谐激光器10中的元件——除其他元件外，包括SOA区域60、移相器29以及加热器24A和24B——提供和/或泵送特定的电压和电流偏置。如本文中所述，控制驱动器80可以分别向SOA区域60、移相器29以及加热器24A和24B提供单独的偏置，用于光激射和调制。
控制驱动器80可以被设计并且在一些情况下被编程为以特定的增量提供一定范围的偏置电压和/或电流偏置。在一种配置中，控制驱动器80可以被设计成控制提供给加热器24A和24B之一或两者的电压和/或电流偏置，以在自适应环形镜20中导致相对小且准确的温度变化(例如，在0.24摄氏度至0.40摄氏度之间的范围内的变化)，从而导致自适应环形镜20的至少一个反射特征的调整。自适应环形镜20的反射特征中的变化最终改变了可调谐激光器10的激光输出的波长以用于光纤通信。因此，可调谐激光器10的激光输出的波长可以基于数据81的流随时间进行调制，并且可调谐激光器10的输出可以依赖以进行相干光纤通信。
在各种实施方式中，控制驱动器80可以包括至少一个处理电路和至少一个存储器或存储器装置。处理电路可以包括一个或更多个处理器并且经由本地界面耦合至存储器装置。存储器可以存储可由处理电路的一个或处理器执行的计算机可读指令。因此，控制驱动器80可以以硬件的形式实施为可由硬件执行的软件部件或者实施为软件和硬件的组合。
如果实施为硬件，则控制驱动器80可以实现为采用任何合适的硬件技术的电路或状态机。硬件技术可以包括一个或更多个处理器或微处理器、具有用于在施加一个或更多个数据信号时实现各种逻辑功能的逻辑门的分立逻辑电路、具有适当的逻辑门的ASIC、可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)等)。
在其他实施方式中，可以在一个或更多个计算装置上模拟可调谐激光器10。例如，可以模拟半导体制造处理的一个或更多个方面，诸如可调谐激光器10的掺杂物分布、应力分布、器件几何形状以及其他方面。可以依赖制造处理模拟来对可调谐激光器10、与可调谐激光器10相关联的半导体器件(例如，晶体管)以及其他元件(例如，电阻器、电感器、电容器等)的特征建模。还可以模拟可调谐激光器10的一个或更多个操作特征，例如峰值波长反射特征、反射功率特征、反射差功率特征以及其他特征。
可以依赖模拟来对可调谐激光器10的自适应环形镜20、增益波导30、环路镜40和升压放大器50以及其他半导体器件(例如，晶体管)和元件(例如，电阻器、电感器、电容器等)的特征建模。因此，可以使用一个或更多个电路模拟器、半导体器件建模、半导体处理模拟或相关技术计算机辅助设计(TCAD)软件工具来模拟可调谐激光器10。用于评估图1所示的可调谐激光器10和/或图6所示的可调谐激光器100的处理可以包括使用一个或更多个合适的TCAD模拟程序来模拟可调谐激光器10和/或可调谐激光器100的元件。
至于可调谐激光器10的操作特征，图2A和图2B示出了根据本文中描述的各种实施方式的图1所示的可调谐激光器10的自适应环形镜20的示例峰值波长反射特征。特别地，图2A示出了对于环形波导R1和R2在大约0摄氏度至5摄氏度之间的温度变化(例如，相对温度差)，在从大约1520nm至大约1580nm的较宽波长范围内的反射波长。图2B示出了对于环形波导R1和R2在大约0摄氏度至0.5摄氏度之间的温度变化，在从大约1540nm至大约1550nm的较窄波长范围内的反射波长。如图2B所示，对于环形波导R1和R2之一的大约0.1至0.2度的相对温度变化，可以实现自适应环形镜20的峰值波长反射特征的大约2nm的变化。图2A和图2B中所示的温度变化可以由如由控制驱动器80所控制的加热器24A和24B赋予。
图3示出了根据本文中描述的各种实施方式的图1所示的可调谐激光器10的自适应环形镜20的示例反射功率特征。特别地，图3示出了对于环形波导R1和R2在大约0摄氏度至0.5摄氏度之间的温度变化，从大约-6分贝至大约0分贝的反射功率。如图所示，对于环形波导R1和R2之一的大约0.1至0.2度的相对温度变化，可以实现自适应环形镜20的反射功率特征的接近6分贝的变化。图3所示的温度变化可以由如由控制驱动器80所控制的加热器24A和24B赋予。
图4示出了根据本文中描述的各种实施方式的图1所示的可调谐激光器10的自适应环形镜20的示例反射差功率特征。特别地，图4示出了对于环形波导R1和R2在大约0摄氏度至0.5摄氏度之间的温度变化，从大约-60分贝至大约0分贝的反射差功率。如图所示，对于环形波导R1和R2之一的大约0.1至0.2度的相对温度变化，可以实现自适应环形镜20的反射差功率特征的多达大约60分贝的变化。图3中所示的温度变化可以部分地由如由控制驱动器80所控制的加热器24A和24B赋予。另外地或可替选地，图3中所示的温度变化可以部分地基于由控制驱动器80对移相器29的自适应控制来赋予。
图5A和图5B示出了根据本文中描述的各种实施方式的图1所示的可调谐激光器10的自适应环形镜20随波长的示例功率反射特征。在图5A与图4B之间，环形波导R1的相对温度差(dT1)是0.35摄氏度。图5A与图5B之间的环形波导R2的相对温度差(dT2)是0.02摄氏度。因此，在图5A与图5B之间，与环形波导R2相比，环形波导R1可见相对更显著的温度变化(例如，环形波导R2的温度不需要被单独地控制)。当环形波导R2的温度在变化而环形波导R1没有这样显著的变化时，图5A和图5B中所示的特征是相似的。
此外，如图5A与图5B之间所示，自适应环形镜20的功率反射特征在波长上偏移。因此，清楚地表现了自适应环形镜20的自适应或可调谐性质。除了图5A和图5B中所示的各个峰值之外，对于其他波长，自适应环形镜20的功率反射特征显著降低。如本文中所述，控制器80可以通过控制环形波导R1和R2的各自的温度(或温度差)来调制自适应环形镜20的功率反射特征，从而调制激光输出。除其他因素外，控制器80可以基于数据81控制环形波导R1和R2的各自的温度。另外地或可替选地，图5A和图5B所示的功率反射特征可以部分地通过控制驱动器80基于数据81对移相器29的自适应控制来赋予。以那些方式中的一种或更多种方式，可以控制可调谐激光器10的激光输出的波长，以用于包括光纤通信的各种应用。
转向其他示例实施方式，图6示出了根据本文中描述的各种实施方式的另一示例可调谐激光器100。可调谐激光器100呈现为根据本文中描述的实施方式的另一代表性示例。可调谐激光器100不一定按比例绘制，并且与图7所示的可调谐激光器相比，可以在尺寸和比例方面变化。例如，环路镜和自适应环形镜、波导以及其他元件的尺寸和比例可以被调整以生成特定波长或波长范围的光输出。另外，可调谐激光器100的元件的结构或布置上的变化在实施方式的范围内。
与图1所示的可调谐激光器10相比，可调谐激光器100还包括SOA区域60和SiPh区域70，其中自适应环形镜20形成在SiPh区域70中。可调谐激光器100还包括增益波导130和升压放大器150。在一些实施方式中，可以在增益波导130与升压放大器150之间形成小的间隙。基于由控制驱动器80对移相器29的自适应控制，可调谐激光器100可以提供与可调谐激光器10提供的自适应激光输出类似的自适应激光输出。增益波导和升压放大器的其他布置在实施方式的范围内。
如本文中所述，控制器80可以通过控制环形波导R1和R2的各自的温度(或温度差)来调制可调谐激光器100的自适应环形镜20的功率反射特征，从而调制激光输出。除其他因素外，控制器80可以基于数据81控制环形波导R1和R2的各自的温度。另外地或可替选地，控制器80可以通过控制驱动器80基于数据81对移相器29的自适应控制来调制功率反射特征。以那些方式中的一种或更多种方式，可以控制可调谐激光器100的激光输出的波长，以用于包括光纤通信的各种应用。
转向其他实施方式，图7示出了用于通信的激光输出调谐的过程。该过程可以由例如可调谐激光器10或可调谐激光器100来执行。图7所示的过程图提供了一系列步骤的一个示例，所述步骤可以用于对可调谐激光器10或可调谐激光器100的激光输出的波长进行调整以用于光纤通信。图7中所示的步骤的布置是通过代表性示例的方式来提供。在其他实施方式中，步骤的顺序可以不同于所描绘的顺序。例如，步骤中的两个或更多个步骤的执行的顺序可以相对于所示顺序被打乱。此外，在一些情况下，步骤中的两个或更多个步骤可以同时执行或者部分同时执行。此外，在一些情况下，可以跳过或省略步骤中的一个或更多个步骤以及可以添加其他步骤。另外，尽管结合图1和图6所示的可调谐激光器装置描述了该过程，但是类似的可调谐激光器装置也可以执行该过程。
在步骤202处，该过程包括控制驱动器80对可调谐激光器10或可调谐激光器100的SOA区域60的一个或更多个区域或部件进行偏置，以生成激光输出。例如，控制驱动器80可以向增益波导30和/或升压放大器50提供一个或更多个偏置。响应于偏置，增益波导30和/或升压放大器50可以进行光激射并生成激光。如上所述，增益波导30和升压放大器50可以包括有源放大区域，该有源放大区域可以被从控制驱动器80提供的能量(例如，特定电压和/或电流)偏置。将偏置注入到SOA区域60中产生载流子密度，这导致光子的光学跃迁以生成激光。反过来，激光可以耦合至自适应环形镜20和/或环路镜40并且被自适应环形镜20和/或环路镜40反射，最终导致从可调谐激光器10或可调谐激光器100生成激光输出。在各种实施方式中，激光输出可以在特定波长或相对窄的波长范围内展现出功率。
在步骤204处，该过程包括控制驱动器80接收用于通信的输入数据。例如，数据81的流可以由控制驱动器80接收。在各种实施方式中，可以接收任何数据。数据可以用于在该过程的后续步骤中调制来自可调谐激光器10或可调谐激光器100的激光输出。
在步骤206处，该过程包括控制驱动器80基于在步骤204处接收的数据81的流随时间调整自适应环形镜20的至少一个反射特征，以调制在步骤202处生成的激光输出。在此，控制驱动器80可以向可调谐激光器10或可调谐激光器100中的元件提供和/或泵送特定的电压和电流偏置，所述元件包括自适应环形镜20的移相器29和加热器24A和24B中的一个或更多个。在步骤206处，控制驱动器80可以根据需要向移相器29和加热器24A和24B提供单独的偏置。
控制驱动器80可以基于数据81的流来提供电压和/或电流偏置。作为一个示例，控制驱动器80可以基于数据81的流的状态(例如，数据“0”或数据“1”值)控制提供给加热器24A和加热器24B之一或两者的电压和/或电流偏置。偏置可以导致第一环形波导R1、第二环形波导R2或两者的相对小且准确的温度变化。对于自适应环形镜20的第一环形波导R1和第二环形波导R2之一或两者，温度变化可以在大约0.24摄氏度至0.40摄氏度之间。因此，步骤206可以包括基于数据81随时间调整加热器24A和加热器24B之一或两者的温度。
温度的变化可以导致自适应环形镜20的至少一个反射特征的调整，诸如图2A、图2B、图3以及图4所示的反射特征调整。诸如图5A和图5B所示的那样，反射特征的变化最终改变来自可调谐激光器10或可调谐激光器100的激光输出的波长以用于光纤通信。因此，可调谐激光器10或可调谐激光器100的激光输出的波长可以基于数据81的流随时间进行调制，以用于相干光纤通信。
作为另一示例，控制驱动器80可以控制提供给移相器29的电压和/或电流偏置，以调整自适应环形镜20的至少一个反射特征。通过施加来自控制驱动器80的偏置，移相器29可以加热MMI耦合器21与MMI耦合器22之间的一段波导。当波导被加热时，波导的折射率改变，导致被引导通过波导的光(例如，与其输入相比，在其输出处测量的)的相移(例如，基于传播延迟)。可以基于数据81将偏置电流从控制驱动器80提供给移相器29，以调制可调谐激光器10的输出以用于相干光纤通信。因此，步骤206可以包括基于数据81随时间调整移相器29的温度。
本文中描述的包括软件或程序指令的部件中的一个或更多个或更多个可以在任何非暂态计算机可读介质中实施，以供诸如计算机系统或其他系统中的处理器的指令执行系统使用或与指令执行系统结合使用。计算机可读介质可以包含、存储或维护由指令执行系统使用或与指令执行系统结合使用的软件或程序指令。
计算机可读介质可以包括诸如磁、光、半导体或其他合适的介质的物理介质。合适的计算机可读介质的示例包括但不限于固态驱动器、磁性驱动器和闪存。此外，本文中描述的任何逻辑或部件可以以各种方式实现和构造。
如果以软件进行模拟，则每个电路元件可以实施为与某些参数相关联的模块或代码列表，以模拟该元件。用于模拟电路元件的软件可以包括以例如如下形式实施的程序指令：包括以编程语言编写的人类可读语句的源代码或者包括可由诸如计算机系统或其他系统中的处理器的合适的执行系统识别的机器指令的机器代码。如果以硬件实施，则每个元件可以代表电路或多个互连电路。
一个或更多个计算装置可以执行软件以模拟形成本文中描述的分布式放大器的电路元件等。计算装置可以包括至少一个处理电路。这样的处理电路可以包括例如耦合至本地界面的一个或更多个处理器以及一个或更多个存储装置或存储器装置。本地界面可以包括例如具有伴随的地址/控制总线的数据总线或任何其他合适的总线结构。
存储装置或存储器装置可以存储可由处理电路的处理器执行的数据或部件。例如，与分布式放大器的一个或更多个电路元件相关联的数据可以存储在一个或更多个存储装置中并且被计算装置中的一个或更多个处理器引用以进行处理。类似地，用于模拟电路元件和/或其他部件的软件可以存储在一个或更多个存储装置中并且可由计算装置中的一个或更多个处理器执行。
此外，本文中描述的包括软件或程序指令的部件中的一个或更多个或更多个可以在任何非暂态计算机可读介质中实施，以供诸如计算机系统或其他系统中的处理器的指令执行系统使用或与指令执行系统结合使用。计算机可读介质可以包含、存储和/或维护由指令执行系统使用或与指令执行系统结合使用的软件或程序指令。
计算机可读介质可以包括诸如磁、光、半导体和/或其他合适的介质的物理介质。合适的计算机可读介质的示例包括但不限于固态驱动器、磁性驱动器或闪存。此外，本文中描述的任何逻辑或部件可以以各种方式来实现和构造。例如，所描述的一个或更多个部件可以实现为单个应用的模块或部件。此外，本文中描述的一个或更多个部件可以在一个计算装置中执行或者通过使用多个计算装置来执行。
在以下条款中的一个或更多个条款中描述了实施方式的其他方面：
条款1：一种可调谐激光器装置，包括：自适应环形镜；增益波导，其光学地耦合至所述自适应环形镜；环路镜，其光学地耦合至所述增益波导；以及升压放大器，其在一个端处光学地耦合至所述环路镜以及在另外的端处适于提供所述可调谐激光器装置的激光输出，其中：所述增益波导和所述升压放大器形成在所述可调谐激光器装置的半导体光放大器(SOA)区域中；以及所述自适应环形镜和所述环路镜形成在所述可调谐激光器装置的硅光子区域中。
条款2：根据条款1所述的可调谐激光器装置，其中，所述自适应环形镜包括：多个多模干涉(MMI)耦合器，每个多模干涉耦合器包括单输入双输出MMI耦合器，其中：所述MMI耦合器当中的第一MMI耦合器的第一输出光学地耦合至所述MMI耦合器当中的第二MMI耦合器的输入；以及所述第一MMI耦合器的第二输出光学地耦合至所述MMI耦合器当中的第三MMI耦合器的输入。
条款3：根据条款1和2中任一项所述的可调谐激光器装置，其中，所述自适应环形镜还包括：多个线性波导，所述多个线性波导光学地耦合至所述第二MMI耦合器和所述第三MMI耦合器的输出；第一环形波导，其在所述自适应环形镜中定位在第一对线性波导之间；以及第二环形波导，其在所述自适应环形镜中定位在第二对线性波导之间。
条款4：根据条款1至3中任一项所述的可调谐激光器装置，其中，所述自适应环形镜还包括移相器，所述移相器光学地耦合在所述第二MMI耦合器和所述第三MMI耦合器中至少之一与所述第一MMI耦合器之间。
条款5：根据条款1至4中任一项所述的可调谐激光器装置，其中：所述自适应环形镜包括第一环形波导、所述第一环形波导的第一加热器、第二环形波导以及所述第二环形波导的第二加热器；以及所述可调谐激光器装置还包括控制驱动器，所述控制驱动器被配置成控制所述第一环形波导和所述第二环形波导中至少之一的温度，以调整所述自适应环形镜的至少一个反射特征。
条款6：根据条款1至5中任一项所述的可调谐激光器装置，其中，所述控制驱动器被配置成使用所述第一加热器或所述第二加热器中至少之一来控制所述第一环形波导和所述第二环形波导中至少之一的温度，以调整所述可调谐激光器装置的激光输出的波长以用于光纤通信。
条款7：根据条款1至6中任一项所述的可调谐激光器装置，其中：所述自适应环形镜包括移相器；以及所述可调谐激光器装置还包括控制驱动器，所述控制驱动器被配置成控制所述移相器以调整所述自适应环形镜的至少一个反射特征。
条款8：根据条款1至7中任一项所述的可调谐激光器装置，还包括所述可调谐激光器装置的SOA区域与所述可调谐激光器装置的硅光子区域之间的界面。
条款9：根据条款1至8中任一项所述的可调谐激光器装置，其中，沿着所述SOA区域和所述硅光子区域的边缘使用自对准面来对准所述SOA区域与所述硅光子区域之间的界面。
条款10：一种可调谐激光器装置，包括：自适应环形镜；增益波导，其在一个端处光学地耦合至所述自适应环形镜以及在另外的端处适于提供所述可调谐激光器装置的激光输出；以及控制驱动器，其被配置成调整所述自适应环形镜的至少一个反射特征，以使所述可调谐激光器装置的激光输出的波长适应以用于光纤通信。
条款11：根据条款10所述的可调谐激光器装置，其中，所述控制驱动器被配置成调整所述自适应环形镜中的温度，以使所述可调谐激光器装置的激光输出的波长适应。
条款12：根据条款10和11中任一项所述的可调谐激光器装置，其中：所述增益波导形成在所述可调谐激光器装置的半导体光放大器(SOA)区域中；以及所述自适应环形镜形成在所述可调谐激光器装置的硅光子区域中。
条款13：根据条款10至12中任一项所述的可调谐激光器装置，还包括所述可调谐激光器装置的SOA区域与所述可调谐激光器装置的硅光子区域之间的界面。
条款14：根据条款10至13中任一项所述的可调谐激光器装置，其中，沿着所述SOA区域和所述硅光子区域的边缘使用自对准面来对准所述SOA区域与所述硅光子区域之间的界面。
条款15：根据条款10至14中任一项所述的可调谐激光器装置，其中，所述自适应环形镜包括多个多模干涉(MMI)耦合器，每个多模干涉耦合器包括单输入双输出MMI耦合器，其中：所述MMI耦合器当中的第一MMI耦合器的第一输出光学地耦合至所述MMI耦合器当中的第二MMI耦合器的输入；以及所述第一MMI耦合器的第二输出光学地耦合至所述MMI耦合器当中的第三MMI耦合器的输入。
条款16：根据条款10至15中任一项所述的可调谐激光器装置，其中，所述自适应环形镜还包括：多个线性波导，所述多个线性波导光学地耦合至所述第二MMI耦合器和所述第三MMI耦合器的输出；第一环形波导，其在所述自适应环形镜中定位在第一对线性波导之间；以及第二环形波导，其在所述自适应环形镜中定位在第二对线性波导之间。
条款17：根据条款10至16中任一项所述的可调谐激光器装置，其中，所述自适应环形镜还包括移相器，所述移相器光学地耦合在所述第二MMI耦合器和所述第三MMI耦合器中至少之一与所述第一MMI耦合器之间。
条款18：根据条款10至17中任一项所述的可调谐激光器装置，其中：所述自适应环形镜包括第一环形波导、所述第一环形波导的第一加热器、第二环形波导以及所述第二环形波导的第二加热器；以及所述控制驱动器被配置成控制所述第一环形波导和所述第二环形波导中至少之一的温度，以调整所述自适应环形镜的至少一个反射特征。
条款19：根据条款10至18中任一项所述的可调谐激光器装置，其中，所述控制驱动器被配置成使用所述第一加热器或所述第二加热器中至少之一来控制所述第一环形波导和所述第二环形波导中至少之一的温度，以调整所述可调谐激光器装置的激光输出的波长以用于光纤通信。
条款20：一种调制可调谐激光器装置的激光输出的方法，其中：所述可调谐激光器装置包括：自适应环形镜；增益波导，其在一个端处光学地耦合至所述自适应环形镜以及在另外的端处适于提供所述可调谐激光器装置的激光输出；以及控制驱动器；并且所述方法包括：对所述增益波导进行偏置以生成所述激光输出；接收用于通信的输入数据；以及基于所述输入数据调整所述自适应环形镜的至少一个反射特征以调制所述激光输出。
条款21：一种调制可调谐激光器装置的激光输出的方法，其中：所述可调谐激光器装置包括：自适应环形镜；增益波导，其在一个端处光学地耦合至所述自适应环形镜以及在另外的端处适于提供所述可调谐激光器装置的激光输出；以及控制驱动器；并且所述方法包括：对所述增益波导进行偏置以生成所述激光输出；接收用于通信的输入数据；以及基于所述输入数据调整所述自适应环形镜的至少一个反射特征以调制所述激光输出。
条款22：根据条款21所述的调制可调谐激光器装置的激光输出的方法，其中，调整所述自适应环形镜的至少一个反射特征包括调整所述自适应环形镜中的温度以使所述可调谐激光器装置的激光输出的波长适应。
条款23：根据条款21和22中任一项所述的调制可调谐激光器装置的激光输出的方法，其中：所述增益波导形成在所述可调谐激光器装置的半导体光放大器(SOA)区域中；以及所述自适应环形镜形成在所述可调谐激光器装置的硅光子区域中。
条款24：根据条款21至23中任一项所述的调制可调谐激光器装置的激光输出的方法，其中：所述可调谐激光器还包括所述可调谐激光器装置的SOA区域与所述可调谐激光器装置的硅光子区域之间的界面；以及沿着所述SOA区域和所述硅光子区域的边缘使用自对准面来对准所述SOA区域与所述硅光子区域之间的界面。
条款25：根据条款21至24中任一项所述的调制可调谐激光器装置的激光输出的方法，其中：所述自适应环形镜包括多个多模干涉(MMI)耦合器，每个多模干涉耦合器包括单输入双输出MMI耦合器；所述MMI耦合器当中的第一MMI耦合器的第一输出光学地耦合至所述MMI耦合器当中的第二MMI耦合器的输入；以及所述第一MMI耦合器的第二输出光学地耦合至所述MMI耦合器当中的第三MMI耦合器的输入。
条款26：根据条款21至25中任一项所述的调制可调谐激光器装置的激光输出的方法，其中，所述自适应环形镜还包括：多个线性波导，所述多个线性波导光学地耦合至所述第二MMI耦合器和所述第三MMI耦合器的输出；第一环形波导，其在所述自适应环形镜中定位在第一对线性波导之间；以及第二环形波导，其在所述自适应环形镜中定位在第二对线性波导之间。
条款27：根据条款21至26中任一项所述的调制可调谐激光器装置的激光输出的方法，其中，所述自适应环形镜还包括移相器，所述移相器光学地耦合在所述第二MMI耦合器和所述第三MMI耦合器中至少之一与所述第一MMI耦合器之间。
条款28：根据条款21至27中任一项所述的调制可调谐激光器装置的激光输出的方法，其中：所述自适应环形镜包括第一环形波导、所述第一环形波导的第一加热器、第二环形波导以及所述第二环形波导的第二加热器；以及调整所述自适应环形镜的至少一个反射特征包括控制所述第一环形波导和所述第二环形波导中至少之一的温度。
条款29：根据条款21至28中任一项所述的调制可调谐激光器装置的激光输出的方法，其中，调整所述自适应环形镜的至少一个反射特征包括使用所述第一加热器或所述第二加热器中至少之一来控制所述第一环形波导和所述第二环形波导中至少之一的温度，以调整所述可调谐激光器装置的激光输出的波长以用于光纤通信。
尽管本文已经详细描述了实施方式，但是上述描述是通过示例的方式。本文中描述的实施方式的特征是代表性的，并且在替选实施方式中，可以添加或省略某些特征和元件。另外，本领域技术人员可以在不偏离所附权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下对本文中描述的实施方式的方面进行修改，所附权利要求的范围符合最广泛的解释以涵盖修改和等效结构。

Claims (15)

1.一种可调谐激光器装置，包括：
自适应环形镜，其包括环形波导加热器和与所述环形波导加热器分离的移相器，其中，所述环形波导加热器包括第一环形波导加热器和第二环形波导加热器；
增益波导，其光学地耦合至所述自适应环形镜；
环路镜，其光学地耦合至所述增益波导；
升压放大器，其在一个端处光学地耦合至所述环路镜并且在另外的端处适于提供所述可调谐激光器装置的激光输出；以及
控制驱动器，其被配置成分别控制所述环形波导加热器和所述移相器中的每一个的操作，以调制和调整所述可调谐激光器装置的激光输出的波长用于相干光纤通信，其中：
所述增益波导和所述升压放大器形成在所述可调谐激光器装置的半导体光放大器SOA区域中；以及
所述自适应环形镜和所述环路镜形成在所述可调谐激光器装置的硅光子区域中。
2.根据权利要求1所述的可调谐激光器装置，其中，所述自适应环形镜包括：
多个多模干涉MMI耦合器，每个多模干涉耦合器包括单输入双输出MMI耦合器，其中：
所述MMI耦合器当中的第一MMI耦合器的第一输出光学地耦合至所述MMI耦合器当中的第二MMI耦合器的输入；以及
所述第一MMI耦合器的第二输出光学地耦合至所述MMI耦合器当中的第三MMI耦合器的输入。
3.根据权利要求2所述的可调谐激光器装置，其中，所述自适应环形镜还包括：
多个线性波导，所述多个线性波导光学地耦合至所述第二MMI耦合器和所述第三MMI耦合器的输出；
第一环形波导，其在所述自适应环形镜中定位在第一对所述线性波导之间；以及
第二环形波导，其在所述自适应环形镜中定位在第二对所述线性波导之间。
4.根据权利要求2所述的可调谐激光器装置，其中，所述移相器光学地耦合在所述第二MMI耦合器和所述第三MMI耦合器中至少之一与所述第一MMI耦合器之间。
5.根据权利要求1所述的可调谐激光器装置，其中：
所述自适应环形镜包括第一环形波导、所述第一环形波导的所述第一环形波导加热器、第二环形波导和所述第二环形波导的所述第二环形波导加热器；以及
所述控制驱动器还被配置成控制所述第一环形波导和所述第二环形波导中至少之一的温度，以调整所述自适应环形镜的至少一个反射特征。
6.根据权利要求5所述的可调谐激光器装置，其中，所述控制驱动器还被配置成使用所述第一环形波导加热器或所述第二环形波导加热器中至少之一来分别控制所述第一环形波导和所述第二环形波导中至少之一的温度，以调整所述可调谐激光器装置的所述激光输出的波长以用于相干光纤通信。
7.根据权利要求2所述的可调谐激光器装置，其中：
所述控制驱动器还被配置成控制所述移相器以调整被引导通过所述第一MMI耦合器与所述第二MMI耦合器之间的波导的光的相位用于相干光纤通信。
8.根据权利要求1所述的可调谐激光器装置，还包括所述可调谐激光器装置的所述SOA区域与所述可调谐激光器装置的所述硅光子区域之间的界面。
9.根据权利要求8所述的可调谐激光器装置，其中，所述SOA区域与所述硅光子区域之间的所述界面包括沿着所述SOA区域和所述硅光子区域的边缘的匹配的自对准面。
10.一种调制根据权利要求1所述的可调谐激光器装置的激光输出的方法，
所述方法包括：
对所述增益波导进行偏置以生成所述激光输出；
接收用于通信的输入数据；以及
分别控制所述环形波导加热器和所述移相器中的每一个的操作，以基于所述输入数据调制和调整所述激光输出的波长用于相干光纤通信，其中，所述环形波导加热器包括第一环形波导加热器和第二环形波导加热器。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，调整所述自适应环形镜的至少一个反射特征，所述调整包括调整所述自适应环形镜中的温度，以使所述可调谐激光器装置的所述激光输出的波长适应。
12.根据权利要求10所述的方法，其中：
所述增益波导形成在所述可调谐激光器装置的半导体光放大器SOA区域中；以及
所述自适应环形镜形成在所述可调谐激光器装置的硅光子区域中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述可调谐激光器还包括所述可调谐激光器装置的所述SOA区域与所述可调谐激光器装置的所述硅光子区域之间的界面；以及
沿着所述SOA区域和所述硅光子区域的边缘使用自对准面来对准所述SOA区域与所述硅光子区域之间的所述界面。
14.根据权利要求10所述的方法，其中：
所述自适应环形镜包括第一环形波导、所述第一环形波导的所述第一环形波导加热器、第二环形波导和所述第二环形波导的所述第二环形波导加热器；以及
调整所述自适应环形镜的至少一个反射特征，所述调整包括控制所述第一环形波导和所述第二环形波导中至少之一的温度。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，调整所述自适应环形镜的至少一个反射特征包括使用所述第一环形波导加热器或所述第二环形波导加热器中至少之一来控制所述第一环形波导和所述第二环形波导中至少之一的温度，以调整所述可调谐激光器装置的所述激光输出的波长以用于相干光纤通信。
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