CN1816995A - 基于激光器和共振光电探测器的智能波分多路复用系统 - Google Patents

基于激光器和共振光电探测器的智能波分多路复用系统 Download PDF

Info

Publication number
CN1816995A
CN1816995A CN200480019278.8A CN200480019278A CN1816995A CN 1816995 A CN1816995 A CN 1816995A CN 200480019278 A CN200480019278 A CN 200480019278A CN 1816995 A CN1816995 A CN 1816995A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wavelength
tunable
laser
electric current
division multiplexed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN200480019278.8A
Other languages
English (en)
Inventor
尼古拉·尼古拉耶维奇·列坚佐夫
维塔里·A·舒金
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of CN1816995A publication Critical patent/CN1816995A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18302—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] comprising an integrated optical modulator
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/17—Semiconductor lasers comprising special layers
    • H01S2301/173—The laser chip comprising special buffer layers, e.g. dislocation prevention or reduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices
    • H01S5/0264—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices for monitoring the laser-output
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06203—Transistor-type lasers
    • H01S5/06206—Controlling the frequency of the radiation, e.g. tunable twin-guide lasers [TTG]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18322—Position of the structure
    • H01S5/1833—Position of the structure with more than one structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18341—Intra-cavity contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
    • H01S5/18369—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors based on dielectric materials
    • H01S5/18372—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors based on dielectric materials by native oxidation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

公开了一种基于波长可调的激光器和波长可调的共振光电探测器的阵列的波分多路复用系统。该系统能够将波长可调的光电探测器的共振波长自调整到激光器所发射的激光的波长。因此不需要激光器的精确的波长稳定性。

Description

基于激光器和共振光电探测器 的智能波分多路复用系统
本申请是2001年5月29日提交的序列号为09/867,167、名称为“波长可调的垂直空腔表面发射激光器及其制造方法”的共同未决的美国专利申请的部分延续。前述申请以引用方式并入本文。
技术领域
本发明属于半导体器件的领域，并且属于数据通信系统和数据通信网络的领域。
背景技术
稳定地增加信息流要求提高现有的数据传输技术，并发展新的器件和系统。在单模光纤上以10Gb/s传输信号已经成为过去的技术。在100km的单模光纤上传输40Gb/s是先进的技术，正在变得很容易实现。在40Gb/s，能够同时传输50万个电话交谈。超过40Gb/s是下一个挑战。
激光器和光电子器件技术的发展已经能够在同一个光纤中发射一种以上的波长。这实际就是已知的波分多路复用(WDM)。在同一个光纤中增加波长有效地增加了光纤的带宽容量，因此不需要立即安装额外的光纤或者将数据比特率增加到极高的水平。在单模光纤(1.2-1.6μm)的全部低损耗波长范围内，可以使用由50GHz分开的大约1000波长信道。在每个波长40Gb/s，可以获得每个光纤总计40Tb/s的带宽(S.V.Kartalopoulos；“Introduction to DWMDTechnology.Data in a Rainbow”，Wiley-Interscience，New York(2000))。
通常，长途或大城市区域应用中使用的WDM系统或密集波分多路复用(DWDM)系统是基于昂贵的单个横向和纵向模的电信发射机。波长可调的激光器提供了有前途的优点。对于DWDM应用，可调激光器是有利的，因为它们在不同信道之间提供了激光器切换，因此降低了高成本器件的数量并简化了DWDM协议(S.V.Kartalopoulos；“Introduction to DWDM Technology.Data in a Rainbow”，Wiley-Interscience，New York(2000))。目前使用的是工作在1.55μm或附近的可调的激光器，将来能够覆盖1.2-1.7μm的整个范围，以提供足够的带宽。
传统的波长可调的激光器是非常昂贵的。它们还要求精确的波长稳定性，这通常是通过使用温度控制和反馈检测系统来为每个器件提供波长锁定才能实现的。使用可调的激光器阵列，特别是垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)阵列，可以降低DWDM系统的成本，因为阵列中单个激光器信道的生产成本远小于各个激光器的成本。封装、光学对准、聚焦、温度和稳定的成本构成了器件的主要生产成本，这些成本不与只起一次作用的阵列中的器件数量成比例。因此，显著的降低成本是可能的。但是，DWDM应用要求器件具有不同以及良好限定的波长，这对于传统的单芯片VCSEL是不可能的。对于单模光纤(1.2-1.6μm)的全部低损耗范围，可以使用由50GHz分开的大约1000个波长信道。在每个单波长信道40Gb/s，可以获得每个光纤总计40Tb/s的带宽。例如，DWDM标准(ITU-T RecommendationG.692)定义了从1530至1565nm的43个波长信道，具有100GHz的间隔，每个信道以10Gb/s传送OC-192信号(S.V.Kartalopoulos；“Introduction to DWMD Technology.Data in a Rainbow”，Wiley-Interscience，New York(2000))。因此，对于100GHz通常要求信道之间的间隔为0.8nm。
目前，波长可调的智能WDM和DWDM系统还不存在。标准的DWDM方法要求精确地固定波长。使用波长可调的激光器是减少固定波长的激光器存货的唯一的可能性。该系统本身始终保持不变：来自不同光源的许多不同的固定波长光束被耦合至单个光纤(多路复用)，并且在光纤的出口分成不同的信道(多路分用)，每个信道通过分开的光电探测器操作。所有目前现存的波长多路复用和多路分用方法都是基于精确的固定每个DWDM信道的波长。这使得DWDM系统非常昂贵。
目前现存的波长可调的激光器可以是边缘发射激光器或VCSEL。边缘发射激光器通常被制作成分布式反馈激光器，以确保单个纵模操作。能够对这些器件应用通过调整折射率的波长调整。例如，能够通过热沉温度改变来实现此调整。可以通过由于改变在特别引起的分布式反馈(DFB)部分中非平衡载流子的浓度所导致的电子-空穴等离子体效应来产生折射率的调制。例如，可以通过在晶片的外延表面上刻蚀光栅、随后过生长来提供DFB机构。对于相同周期的光栅，折射率的变化导致DFB模的波长变动。通常在实际器件中使用相同平面内的波导结构的不同部分。
在边缘发射和表面发射激光器中获得波长可调性的另一种方法是使用外部反射镜或衍射光栅。此处，通过机械调整器件的有效空腔长度、或者通过调整影响峰值反射率的波长的衍射光栅反射镜的角度来实现调整。在VCSEL中，可以使用不同的微机电系统来实现空腔长度的调整。
两种传统的可调激光器的缺点是较长的调整时间。在一种情况下，用于调整热沉温度或者电子-空穴等离子体浓度的时间限制了速率。在另一种情况下，缓慢的速率与所使用的外部反射镜调整结构的机械属性相关。调频信号发射系统通常不可能使用这些方法。
机械可调的激光器还遭受由光栅或悬挂可调反射镜的材料使用期限、湿度和灰尘吸收引起的各种去谐机构。振动能够导致出错。即使在使用激光器阵列的情况下，维持波长稳定的技术(波长锁定)对于每个分开的器件也是必须的。如果波长锁定机构应用到阵列中的每个器件，则更难制造成本有效的系统。
现有技术中需要改进的波长可调的激光器和光电探测器，以及它们在新颖的波分多路复用系统中的应用。
发明内容
一种基于波长可调的激光器和波长可调的共振光电探测器的阵列的波分多路复用系统。该系统能够将波长可调的光电探测器的共振波长自调整到激光器所发射的激光的波长。因此不需要激光器的精确的波长稳定性。
附图说明
图1(a)显示了波长可调的激光器阵列的示意图，具有一个基准激光器和N个数据通信激光器；
图1(b)显示了波长可调的共振光电探测器阵列的示意图，其没有与波长可调的激光器阵列所发射的激光发生共振并且不探测激光；
图1(c)显示了波长可调的共振光电探测器阵列的示意图，其通过变换到共振波长与波长可调的激光器阵列所发射的激光发生共振并且探测激光；
图2(a)显示了波长可调的激光器阵列和波长可调的共振光电探测器阵列的示意图，其中设置控制这些器件波长的控制参数以使每个光电探测器与对应的激光器发出的激光发生共振；
图2(b)显示了波长可调的激光器阵列和波长可调的共振光电探测器阵列的示意图，其中两个阵列位于不同的位置，工作在不同的温度，因此没有发生共振；
图3(a)示意性地显示了基准波长可调的共振光电探测器的自调整的方法，其中调整光电探测器的共振波长直到所探测的信号达到其最大值为止；
图3(b)显示了波长可调的激光器阵列和波长可调的共振光电探测器阵列的示意图，其中通过相同的波长变动来变换这些光电探测器的共振波长，所有的光电探测器与对应的激光器所发射的激光发生共振并且探测激光；
图4显示了按照本发明实施例的波分多路复用系统的示意图；
图5显示了按照本发明实施例的波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器的示意图；
图6显示了按照本发明的作为波分多路复用系统一部分工作的波长可调的半导体垂直空腔表面发射激光器的示意图；
图7(a)显示了由于量子阱中激子共振导致的共振吸收峰值；
图7(b)显示了由该吸收峰值引起的折射率的调制；
图8显示了作为施加电场的函数的重空穴激子吸收变动，插入图中显示了在施加的电场下的能带隙图；
图9显示了在半导体微腔中的偏振子影响；
图10(a)显示了由高对比度的GaAs/AlO DBR包围的GaAs 0.5λ空腔的反射频谱；
图10(b)显示了在较高放大倍数下的反射频谱，更详细的显示了一个停止带；
图11(a)显示了由两个DBR包围的0.5λ空腔的示意图；
图11(b)显示了给定结构的计算的峰值频谱，显示了对称地分离共振，分离等于11.2meV；
图11(c)由两个DBR包围的1λ空腔的示意图，空腔谐振模的电场强度曲线以及插入物；
图11(d)由两个DBR包围的1.5λ空腔的示意图，空腔谐振模的电场强度曲线以及插入物；
图11(e)由两个DBR包围的2λ空腔的示意图，空腔谐振模的电场强度曲线以及插入物；
图12(a)显示了由于折射率的激子诱导调制导致的0.5λ空腔谐振模的能量变动；
图12(b)显示了针对激子线与空腔谐振模之间的不同能量去谐计算的反射率频谱；
图13显示了垂直空腔表面发射激光器的示意图，其中有源元件通常在正向偏压下工作，相位控制元件在反向偏压下工作。
具体实施方式
美国专利申请09/867,167中公开了波长可调的垂直空腔表面发射激光器，以引用方式将该申请并入本文。该器件是以空腔位置相依的电光学效应为基础的。垂直空腔包括在被施加正向偏压时发光的有源元件，以及相位控制元件。相位控制元件含有调制器(modulator)，调制器在激光器产生的波长的短波长侧表现出很窄的光学吸收峰值。通过使用位置相依的电光学效应实现波长控制。如果施加反向偏压，由于斯塔克效应导致吸收最大值移到较长的波长。如果施加正向偏压，则注入电流并导致峰值吸收的漂白和减少。在两种情况下，在相位控制元件中发生折射率的强调制。该效应调整了空腔谐振模的波长，并且通过调制器的位置定义了波长变动的符号和数值。
波长可调的垂直空腔表面发射激光器包括两个主要元件：1)有源区和2)在有源区上的相位控制元件。这些主要元件夹在两个反射镜之间。有源元件和调制器由未掺杂的或弱掺杂的层包围，这些未掺杂的或弱掺杂的层由n-和p-接触层包围。使用电场或者注入电流来控制和调整该激光器。
相位控制元件是两侧由未掺杂的或弱掺杂的层所包围的调制器，这些未掺杂的或弱掺杂的层依次由n-和p-接触层包围。使用电场来调整该调制器的折射率。
优选实施例提供了可调的激光器，具有设置在不同媒介中的有源区和相位控制区。可调的激光器使用通过施加电场来调整共振吸收光谱的折射率控制的效应。或者，可调的激光器能够使用通过电流注入的折射率的调制效应。
能够独立地调整发射光的波长和输出功率。通过电场在相位控制层中的分布速度来定义波长调整的速率，可以在兆分之一秒的范围。本发明可能实现在最高大约50GHz频率工作的波长可调的垂直空腔表面发射激光器。通过调制器使用在光线频率中选择性的弱吸收来补偿输出功率，弱吸收补偿了光的频率相依吸收。
在其中一个实施例中，波长可调的垂直空腔表面发射激光器包括用作光电探测器的元件，以便测量输出功率，并由此校准用于所有操作的激光器。
参照图13，其显示了新颖的可调的垂直空腔表面发射激光器的示例。该结构外延生长在衬底1301上。布喇格反射体用作底部反射镜1302。VCSEL的其余部分包括两个主要元件：1)在底部反射镜1302上的有源元件，和2)在有源区上的相位控制元件。
为了形成有源元件，电流缝隙1303将具有第一金属接触1305的n掺杂电流扩散层1304与包围有源元件1307的弱掺杂层1306分开。第二电流缝隙1303将弱掺杂层1306与具有第二金属接触1309的p掺杂电流扩散层1308分开。n掺杂电流扩散层1304直接位于底部反射镜1302的顶上。
为了形成相位控制元件，通过第三电流缝隙1303将包围调制器1311的两个弱掺杂层1310与p掺杂电流扩散层1308分开。第四电流缝隙将弱掺杂层1310与具有第三金属接触1313的第二n掺杂电流扩散层1312分开。分布式的布喇格反射体也用作位于相位控制元件顶上的顶部反射镜1314。
VCSEL的有源元件通常工作在正向偏压1315。VCSEL的新颖部件是图13中所示的工作在反向偏压1316的附加的相位控制元件。光线通过顶部反射镜1314传出来。
能够用任何III-V族半导体材料或III-V族半导体合金，例如GaAs、InP、GaSb或其它材料来形成衬底1301。本发明作为优选实施例使用的是GaAs。
必须用与衬底晶格匹配或基本上晶格匹配的、对产生的光线透明的并且由施主杂质掺杂的材料来形成n掺杂层1304和1312。优选实施例是与衬底相同的材料，例如GaAs。可用的施主杂质包括，但不限于，S、Se、Te和类似Si、Ge、Sn的两性杂质，其中在后者被主要结合在阳离子子格中并用作施主杂质的技术条件下引入后者。
必须用与衬底晶格匹配或基本上晶格匹配的、对产生的光线透明的并且由受主杂质掺杂的材料来形成p掺杂层1308。优选实施例是与衬底相同的材料，例如GaAs。可用的受主杂质包括，但不限于，Be、Mg、Zn、Cd、Pb、Mn和类似Si、Ge、Sn的两性杂质，其中在后者被主要结合在阴离子子格中并用作受主杂质的技术条件下引入后者。
能够用多层的金属结构来形成金属接触1305、1309和1313。能够使用但不限于结构Ni-Au-Ge来形成对n掺杂层的接触，即，接触1305和1313。能够使用但不限于结构Ti-Pt-Au来形成对p掺杂层的接触，即，接触1309。
能够通过其能带隙窄于衬底的能带隙的任何插入物来形成有源元件1307。可能的实施例包括，但不限于，量子阱、量子线、量子点或其组合的单层或多层系统。在GaAs衬底上形成器件的情况下，有源元件的优选实施例包括，但不限于InAs、In1-xGaxAs、InxGa1-x-yAlyAs、InxGa1-xAs1-yNy或类似的插入物的系统。
能够通过其能带隙窄于衬底的能带隙的任何插入物来形成调制器1311。可用的材料和结构与用于有源元件的相同，但是特别的设计应当是，调制器1311在激光器发射的波长的高能量一侧(在较短波长一侧)上表现出强的吸收峰值。
每个层通过电流缝隙1303与相邻的层分开，电流缝隙1303用作电流阻挡层并且能够使用但不限于Al(Ga)O层或质子轰击层来形成。
例如，如同在C.W.Wilmsen，H.Temkin，L.A.Coldren(编辑者)的“垂直空腔表面发射激光器：设计、制造、特性描述和应用”(1999年剑桥大学出版)中所述，可以对底部反射镜1302和顶部反射镜1314使用不同的设计。优选实施例是多层的介电反射镜GaAs/AlGaO。
作为可选的，能够使用不同顺序的接触。相位控制元件可以包括n接触层、其中插入调制器1311的未掺杂或弱掺杂层、以及p接触层。然后，能够通过p+n+江崎隧道结将有源元件的p接触层与相位控制元件的n接触层分开。
图13中的激光器按照下述方式工作。由反向偏压1316创建的电场主要被施加到未掺杂或弱掺杂区域1310。选择调制器1311，使其具有强的电光学效应。在由偏压1316控制的外部电场下，调整调制器1311的折射率。通过共振条件(H.C.Casey，Jr.，和M.B.Panish，Heterostructure Lasers，Part A，Academic Press，N.Y.1978)来确定从光谱的增益区域选择的发射波长。所发射的电磁波的光路包括层1304、缝隙、包括有源区1307的层1306、缝隙、层1308、缝隙、包括调制器1311的层1310、缝隙、层1312，由于底部和顶部反射镜的反射导致所有的路径被加倍。调制器1311中折射率的变化首先影响通过调制器1311的光线的光路，其次影响从介质1310进入调制器1311以及从调制器1311进入介质1310的光线的透射系数。
本发明发展了美国专利申请为09/867,167中公开的波长可调的垂直空腔表面发射激光器。本发明中公开了基于空腔位置相依的电光学效应的波长可调的共振光电探测器。此外，公开了基于波长可调的激光器阵列和波长可调的共振光电探测器阵列的波分多路复用系统。本发明不需要波分多路复用系统对每个WDM(或DWDM)信道都具有精确固定的波长，其允许信道具有灵活的波长。
使用电子波长可调的VCSEL(TVCSEL)和电子波长可调的共振空腔光电探测器(TRCPD)以及进一步的芯片上TVCSEL阵列和TRCPD阵列，能够制造具有成本效益的波长灵活的超高速WDM和DWDM系统。
50GHz和25GHz的更窄的间隔(分别是0.4和0.2nm波长间隔)也是可能的。在4×4VCSEL阵列的情况下，如果每个器件对于某额定波长可能提供6nm的波长调整，并假设0.4nm的信道间隔，则能够使用所有的16个信道。因此，具有调整机构对于在单芯片上制造的VCSEL阵列是必要的。对于特定应用能够调整波长间隔对于DWDM是根本性的变革。
图1示意性地显示了按照本发明实施例的智能波分多路复用系统。该系统要求使用一个具有(N+1)个波长可调的激光器的阵列和一个具有(N+1)个波长可调的共振光电探测器的阵列。图1(a)显示了具有(N+1)个波长可调激光器的阵列110。通过控制参数U来控制每个激光器发射的激光的波长。控制参数包括，但不限于下面的控制参数：
·用于使用量子约束斯塔克效应的波长可调的激光器的电压；
·用于使用漂白效应的波长可调的激光器的注入电流；
·用于使用波长的微机械调制的波长可调的激光器的外部反射镜的位置；
·用于基于压电效应的波长可调的激光器的电压，其中所施加的电压调整空腔的宽度；
选择一个波长可调激光器111，使其以基准波长λref发射基准激光116。每个其它的可调激光器112在控制参数U(i)下工作，并以波长λref+ΔλU(i)发发射激光117，其中索引i表示从1至N运行的激光器。设置控制参数U(i)，使得每个给定激光器发射的波长相对于基准波长λref的变动ΔλU(i)等于预定的值。
图1(b)显示了具有(N+1)个波长可调的共振光电探测器的阵列120。通过控制参数W来控制波长，在该波长每个光电探测器具有共振灵敏性。控制参数包括，但不限于下面的控制参数：
·用于使用量子约束斯塔克效应的波长可调的共振光电探测器的电压；
·用于使用漂白效应的波长可调的共振光电探测器的注入电流；
·用于使用波长的微机械调制的波长可调的共振光电探测器的外部反射镜的位置；
·用于基于压电效应的波长可调的共振光电探测器的电压，其中所施加的电压调整空腔的宽度；
选择一个波长可调的共振光电探测器用作基准光电探测器121。其对于波长为λ0 ref的光线具有共振灵敏性。每个其它的波长可调的共振光电探测器122在控制参数W(j)下工作，并对于波长为λ0 ref+ΔλW(j)的光线具有共振灵敏性，其中索引j表示从1至N运行的光电探测器。优选地设置控制参数，使得每个第j光电探测器的最大灵敏度的波长相对于光电探测器阵列的基准波长的变动，等于第j激光器所发射的光的波长相对于发射激光的基准波长λref的对应变动，即：
ΔλW(1)＝ΔλU(1)                 (1a)
ΔλW(2)＝ΔλU(2)                 (1b)
……
ΔλW(N)＝ΔλU(N)                 (1c)
如果基准光电探测器121的最大灵敏度的波长λ0 ref等于基准激光器111所发射的光线的波长λref，则每个第j光电探测器对于对应的第j激光器所发射的光线是共振灵敏的。如果λref≠λ0 ref，则所有的光电探测器对相应激光器发生的光不灵敏。在此情况下，能够将基准光电探测器121的共振波长调整到基准激光器111所发射的光线的波长。
图1(c)示意性地显示了波长可调的共振光电探测器的阵列130，其中基准光电探测器121工作在控制参数W(corr)的某值下，调整参数使得基准光电探测器121的最大灵敏度的波长与基准激光器111所发射的光线136的波长一致，
λref＝λ0 ref+ΔλW(corr)          (2)
当基准光电探测器121被调整到基准激光器111所发射的波长时，需要的波长变动ΔλW(corr)是已知的。然后能够为每个第j可调的共振光电探测器设置控制参数W(j)，使其提供相同的波长变动，即：
ΔλW(1，corr)＝ΔλW(corr)            (3a)
ΔλW(2，corr)＝ΔλW(corr)            (3b)
……
ΔλW(N，corr)＝ΔλW(corr)            (3c)
当按照等式3(a)至3(c)设置了整个共振光电探测器阵列的控制参数时，每个第j光电探测器对于对应的第j激光器所发射的激光是共振灵敏的。
图2进一步显示了基于波长可调的激光器阵列和波长可调的共振光电探测器阵列的数据传输的原理。图2(a)示意性给出了波长可调的激光器阵列210，以及被调整到满足下面两个条件的波长可调的共振光电探测器阵列220。第一，设置控制参数U(1)，U(2)，…，U(N)和控制参数W(1)，W(2)，…，W(N)，使得它们满足等式(1a)至(1c)，其中控制参数U(1)，U(2)，…，U(N)用于控制每个给定的第i激光器所发射的波长相对于基准激光器的波长的变动，控制参数W(1)，W(2)，…，W(N)用于控制每个给定的第j共振光电探测器的最大灵敏度的共振波长相对于基准光电探测器的共振波长的变动。第二，设置基准光电探测器121的共振波长λref，使其等于基准激光器111所发射的波长。在这些条件下，整个共振光电探测器的阵列220被调整到激光器的阵列210。
但是，由于激光器阵列与光电探测器阵列位于不同的位置，因此它们通常工作在不同的温度，如图2(b)所示。波长可调的激光器的阵列230工作在使基准激光器111发射波长为λ* ref的激光的条件下。其它的激光器112的波长按照控制参数U(i)的设置值变动。波长可调的共振光电探测器的阵列240工作在使基准光电探测器121的共振波长为λ** ref的条件下。然而，
λ** ref≠λ* ref               (4)
然后，基准光电探测器121不接收基准激光器发射的光线236，每个共振光电探测器122不接收对应的激光器发射的光线237。光电探测器不检测激光。
图3显示了将基准光电探测器的共振波长调整到基准激光器的基准波长的方法。
1.图3(a)显示了基准共振光电探测器的灵敏度的频谱326。该频谱最初集中在波长λ** ref，与基准激光器所发射的激光的波长为λ* ref不同。光电探测器的共振波长与基准激光器所发射的激光的波长一致。
2.然后对基准共振光电探测器应用控制参数W(corr)，其用于变动共振波长。系统化的改变控制参数W(corr)，基准共振光电探测器的共振波长对应地改变。观察光电探测器所提供的信号，例如光电流。
3.在光电探测器的共振波长与基准激光器所发射的激光的波长一致的控制参数值，光电探测器所提供的信号达到其最大值。图3(a)中的虚线316显示了此情况下的光电探测器的灵敏度的频谱。激光的波长对应于灵敏度最大值。在光电探测器的共振波长与基准激光器所发射的激光相匹配时控制参数的值W(corr)，
λ** ref+ΔλW(corr)＝λ* ref                    (5)
以及对应的波长变动ΔλW(corr)被固定。
4.将用于控制其余的共振光电探测器的共振波长的控制参数设为值W(1，corr)，W(2，corr)，…，W(N，corr)，以便提供等于ΔλW(corr)的波长的额外变动。即，
ΔλW(1，corr)＝ΔλW(1)+ΔλW(corr)             (6a)
ΔλW(2，corr)＝ΔλW(2)+ΔλW(corr)             (6b)
……
ΔλW(N，corr)＝ΔλW(N)+ΔλW(corr)             (6c)
5.由于每个第j光电探测器的共振波长相对于基准光电探测器的共振波长的初始变动ΔλW(j)，以及每个第j激光器所发射的激光的波长相对于基准激光器的波长的变动ΔλU(j)满足等式(1a)至(1c)，所以光电探测器的共振波长以相等数值ΔλW(corr)的额外变动，使得每个第j光电探测器与对应的第j激光器共振。
图3(b)显示了按照上述方法自调整的激光器阵列330和共振光电探测器阵列340。将基准光电探测器121调整到基准激光器111，通过基准光电探测器121接收336基准激光器111所发射的激光236。然后，当通过相同数值ΔλW(corr)来变动所有其它光电探测器的共振波长时，对应的光电探测器122接收337每个其余的激光器112所发射的激光237。
图4显示了按照本发明实施例的波分多路复用系统400。该系统包括位于位置401的波长可调的激光器阵列330，位于位置402的波长可调的共振光电探测器阵列340，以及通信媒介450。对于本发明的此实施例，优选地使用光纤作为通信媒介。波分多路复用系统400还优选地包括多路复用元件460和多路分用元件470。
每个激光器以其自己的波长发射，所有的波长可调的激光器阵列330发射的激光经过多路复用元件460被引导至光纤450。在位置402，每个波长的激光经过多路分用元件470被引导至阵列340的对应的光电探测器。本发明的波分多路复用系统的一个优点是，每个光电探测器的共振波长自调整到对应的激光器所发射的激光的波长。因此不需要激光器的精确的波长稳定性。两个阵列的自调整允许系统能够在没有精确的波长稳定性以及没有温度稳定性的情况下工作。
在本发明的波分多路复用系统中能够使用各种媒体作为通信媒体。可能的媒体包括，但不限于光纤、自由空间和半导体芯片。
在另本发明的一个实施例中，该系统不含有多路复用元件460。例如，如果使用自由空间作为通信媒体，则不需要多路复用元件。
在本发明的又一个实施例中，该系统不包含多路分用元件470。在此实施例中，所有波长的激光到达每个共振光电探测器。但是，由于光电探测器被设计的共振足够的窄，每个光电探测器仅能够接收来自一个信道的波长。当光电探测器自调整到对应的激光器所发射的激光的波长时，每个光电探测器接收对应的激光器所发射的光线，不接收其它激光器发射的光线。
本发明的波分多路复用系统可选地用作通信网络的一部分。这样的通信网络包括，但不限于长途网络、大城市区域网络、局部区域网络、数据存储网络、计算机连接或汽车网络。
美国专利申请09/867,167公开了一种基于位置相依的电光学效应的波长可调的垂直空腔表面发射激光器。在一个应用实施例中公开了包括光电探测元件的一种波长可调的垂直空腔表面发射激光器。
在本发明的一个实施例中，波长可调的共振光电探测器包括基于位置相依的电光学效应的作为波分多路复用系统一部分的阵列。
图5显示了按照本发明形成的新颖的波长可调的共振光电探测器500的示例。该结构外延生长在衬底501上。该结构包括底部反射镜502、空腔520和顶部反射镜516，其中空腔520夹在底部反射镜502和顶部反射镜516之间。分布式的布喇格反射体用作底部反射镜502。
优选地用任何III-V族半导体材料或III-V族半导体合金，例如GaAs、InP、GaSb或其它材料来形成衬底501。优选实施例是GaAs结构。
例如，如同在C.W.Wilmsen，H.Temkin，L.A.Coldren(编辑者)的“垂直空腔表面发射激光器：设计、制造、特性描述和应用”(1999年剑桥大学出版)中所述，可以对底部反射镜502和顶部反射镜516使用不同的设计。优选实施例是多层的介电反射镜GaAs/AlGaO，多层的半导体反射镜GaAs/GaAlAs，或者多层的半导体反射镜Ga1-xAlxAs/Ga1-yAlyAs。
空腔520具有两个主要元件：1)在底部反射镜上的光电探测元件521，和2)在光电探测元件上的相位控制元件522。为了形成光电探测元件521，第一电流缝隙503将n掺杂电流扩散层504与弱的n掺杂层505分开。n掺杂电流扩散层504具有第一金属接触513。光电探测区506夹在弱的n掺杂层505与弱的p掺杂层507之间。第二电流缝隙503将弱的p掺杂层506与p掺杂电流扩散层508分开。p掺杂电流扩散层508具有第二金属接触514。n掺杂电流扩散层504优选地直接位于底部反射镜502的顶上。
优选地通过其能带隙小于对应于该光电探测器设计波长的光线的光子能量的任何插入物来形成光电探测元件506，使得通过光电探测元件吸收光线。通过下面的标准公式使光子(photon)能量与波长相关联：
E photon ( eV ) = 1.24 λ ( μm ) - - - ( 7 )
可能的实施例包括，但不限于，量子阱、量子线、量子点或其组合的单层或多层系统。在GaAs衬底上形成器件的情况下，优选实施例包括，但不限于InAs、In1-xGaxAs、InxGa1-x-yAlyAs、InxGa1-xAs1-yNy或类似的插入物的系统。
为了形成相位控制元件522，通过第三电流缝隙503将弱的p掺杂层509与p掺杂电流扩散层508分开。通过弱的p掺杂层509和弱的n掺杂层511包围调制器510。第四电流缝隙503将n掺杂层511与第二n掺杂电流扩散层512分开。第二n掺杂电流扩散层512具有第三金属接触515。分布式的布喇格反射体也用作位于相位控制元件顶上的顶部反射镜516。优选地使用与衬底晶格匹配或基本上晶格匹配、对该光电探测器所设计的给定波长间隔中的光线透明、并且由施主杂质掺杂的材料来形成n掺杂电流扩散层504和512。优选实施例是与衬底相同的材料，例如GaAs。可用的施主杂质包括，但不限于，S、Se、Te和类似Si、Ge、Sn的两性杂质。在后者被主要结合在阳离子子格中并用作施主杂质的技术条件下引入后者。
优选地使用与衬底晶格匹配或基本上晶格匹配、对该光电探测器所设计的给定波长间隔中的光线透明、并且由受主杂质掺杂的材料来形成p掺杂电流扩散层508。优选实施例是与衬底相同的材料，例如GaAs。可用的受主杂质包括，但不限于，Be、Mg、Zn、Cd、Pb、Mn和类似Si、Ge、Sn的两性杂质。在后者被主要结合在阴离子子格中并用作受主杂质的技术条件下引入后者。
优选地使用多层的金属结构来形成金属接触513、514和515。优选地使用但不限于结构Ni-Au-Ge来形成对n掺杂层的接触513和515。优选地使用但不限于结构Ti-Pt-Au来形成对p掺杂层的接触514。
优选地通过其能带隙窄于衬底的能带隙的任何插入物来形成调制器510。可用的材料和结构优选地与用于光电探测元件的相同。但是，特别的设计应当是，调制器在为该光电探测器所设计的光线的波长的高能量一侧(在较短波长一侧)上表现出强的吸收峰值。
光电探测元件521在反向偏压517下工作，其对于光电探测器是典型的。附加的新颖的相位控制元件522在反向偏压518下工作。光线通过顶部反射镜516射入537。
每个层通过用作电流阻挡层的电流缝隙503与相邻的层分开。优选地使用但不限于Al(Ga)O层或质子轰击层来形成电流缝隙503。
图5中的光电探测器优选地按照下述方式工作。由反向偏压518创建的电场主要被施加到未掺杂或弱掺杂区域，其包括层509、510和511。选择调制器510，使其具有强的电光学效应。在由偏压518控制的外部电场下，调整调制器510的折射率。通过共振条件(H.C.Casey，Jr.，和M.B.Panish，Heterostructure Lasers，Part A，Academic Press，N.Y.1978)来确定空腔520的共振波长。电磁波的光路包括层504、第一电流缝隙503、层505、光电探测层506、层507、第二电流缝隙503、层508、第三电流缝隙、层509、调制器510、层511、第四电流缝隙、层512。由于底部和顶部反射镜的反射导致所有的路径加倍。调制器510中折射率的变化首先影响通过调制器的光线的光路，其次影响从层509(或511)进入调制器510以及从调制器510进入层509(或511)的光线的透射系数。在说明书的图7至12中进一步说明了光电探测器的共振波长的调制效应。光电探测元件506吸收具有共振波长的光线537，并产生通过毫安表519测量的光电流。
在可选实施例中，能够使用不同顺序的接触。相位控制元件包括n接触层、其中插入调制器的未掺杂或弱掺杂层、以及p接触层。在此实施例中，通过p+n+江崎隧道结将有源元件的p接触层与相位控制元件的n接触层分开。
本发明的另一个实施例允许增强在波长可调的共振光电探测器中的波长调制效应。如果波长可调的共振光电探测器生长在由GaAs、GaAlAs或与GaAs晶格匹配或基本上晶格匹配的其它材料所形成的衬底上，则该器件可以包括具有高的铝含量的Ga1-xAlxAs层，优选地x＞0.93，或者是纯的AlAs层。在外延生长了该结构之后，能够氧化这样的层，其中AlAs层转变成AlO层，具有高的铝含量的GaAlAs层转变成GaAlO层。AlO层和GaAlO层是折射率明显低于GaAs或GaAlAs的折射率的介电层。在将AlO(GaAlO)层插在GaAs/GaAlAs多层结构中时，空腔的光模的电场强度在AlO(GaAlO)层中下降，在相邻层中增加。因此，如果邻近调制器引入AlO(GaAlO)层，则调制器中光模的电场强度增加，其导致共振波长调制效应的增强。
图6示意性地显示了作为本发明波分多路复用系统一部分的波长可调的激光器600。特别地，图6显示了波长可调的垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)。波长可调的VCSEL 600外延生长在衬底501上。VCSEL包括底部反射镜502、空腔620和顶部反射镜516。空腔620包括有源元件621和相位控制元件622。通常，类似于图5所示的光电探测器500的光电探测元件521来形成有源元件621，但是有源元件621在正向偏压617下工作。在正向偏压617下电流注入到有源区606，并产生光线。选择调制器510，使其具有强的电光学效应。在由偏压518控制的外部电场下，调整调制器510的折射率。通过空腔620的共振条件来确定从光谱的增益区域选择的发射波长。调整调制器510的折射率导致空腔620的共振波长的改变。因此，由波长可调的VCSEL 600发射的激光627的波长也改变。
另一个实施例允许增强在作为本发明波分多路复用系统一部分的波长可调的垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)中的波长调制效应。如果波长可调的VCSEL生长在由GaAs、GaAlAs或与GaAs晶格匹配或基本上晶格匹配的其它材料所形成的衬底上，则该器件可以包括具有高的铝含量的Ga1-xAlxAs层，优选地x＞0.93，或者是纯的AlAs层。在外延生长了该结构之后，能够氧化这样的层，其中AlAs层转变成AlO层，具有高的铝含量的GaAlAs层转变成GaAlO层。AlO层和GaAlO层是折射率明显低于GaAs或GaAlAs的折射率的介电层。如果将AlO(GaAlO)层插在GaAs/GaAlAs多层结构中时，空腔的光模的电场强度在AlO(GaAlO)层中下降，在相邻层中增加。因此，如果邻近调制器引入AlO(GaAlO)层，则调制器中光模的电场强度增加，其导致所发射的激光的波长调制增强。
图5中的波长可调的共振光电探测器和图6中的波长可调的垂直空腔表面发射激光器的一般特征是能够调整光学空腔的共振波长。调整机构是基于在微腔中使用量子约束斯塔克效应来实现共振腔波长的明显变动的能力。
任何吸收峰值(例如在量子阱中的激子共振吸收)都导致折射率的明显的共振调制，如图7中定性的显示。此调制与Kramers-Kronig关系式所表示的电介质函数ε(ω)＝ε′(ω)+iε″(ω)的实部和虚部的电介质极化率的实部和虚部之间的内在联系相关，
ϵ ′ ( ω ) = ϵ 0 + 1 π P ∫ ϵ ′ ′ ( Ω ) Ω - ω dΩ - - - ( 8 )
其中ε0是本底介电常数，P是积分的主值。
折射率的最强的共振调制发生在激子共振能量附近，并远离共振平滑地衰变～1/(E0-E)。相反，在Lorentzian谱线形状的吸收峰值的情况下，吸收衰变更加迅速：～1/(E0-E)2。例如，通过在反向偏置的pn结中施加电压，可以改变放置在电场中的量子阱(QW)内的电子和空穴水平，使得激子吸收共振发生变动并在特定的能量调制了折射率。图8中显示了对于为使用S.Adachi的论文(“GaAs，AlAs，andAlxGa1-xAs：Material parameters for use in research and deviceapplications”J.Appl Phys.Vol.58，pp.R1-R29(1985))中所述的材料参数的10nm厚GaAs-Al0.4Ga0.6As量子阱计算的电场的激子吸收能量变动。在施加的电场增加时激子振荡器强度下降。但是，对于7至10nm的阱宽度以及在100kV/cm电场的10至20meV的峰值变动，下降不明显，如Y.P.Feng等人的论文(“Exciton Energies as aFunction of Electric Field：Confined Quantum Stark Effect”，PhysicalReview B.Vol.48，1963-1966(1993))所述。
时间响应或者所谓的量子约束斯塔克效应(QCSE)不受辐射复合速率的限制，并且能够实现超高的调制速度。
引入共振吸收峰值可以影响空腔谐振模光子能量。如果空腔的Fabri-Pérot(FP)光子模和激子电子模的能量处于共振或接近共振，则这两种模不再是系统的特征值。两种状态被强烈地耦合，并出现空腔偏振子。Houdré等人已经对空腔偏振子进行了实验观察并建立模型(“room-temperature cavity polaritons in a semiconductormicrocavity”，Physical Review B.Vol.49，issue 23，pp.16761-16764(1994))，Houdré等人研究了在由Ga1-xAlxAs/AlAs(x＝0.10)分布式DBR包围的GaAs上的GaAs 3/2λ-微腔。底部DBR具有19对0.25λ层，顶部DBR具有15对。两个插入物，每个具有由100的GaAs屏障分开的三个75的InGaAs(13％In)量子阱，被插入在空腔厚度的1/3和2/3处。从反射率(R)和透射率(T)测量值能够推导出吸收(A)频谱。吸收被定义为：
A＝1-R-T               (8)
而且，对于对称结构，在共振T＜＜R时，A≈1-R。可以通过洛伦兹振子分散的介电常数来描述量子阱的光学特性：
ϵ ( E ) = n ( E ) 2 = ϵ ∞ + f q 2 h 2 m ϵ 0 L z 1 E 0 2 - E 2 - iγE - - - ( 9 )
其中f是每单位面积的振子强度，q是电子的电荷，m是真空中电子的质量，Lz是量子阱厚度，h是普朗克常数，ε0是真空介电常数，E0是激子能量，γ是激子线宽。在温度为77K时测量的量子阱的吸收频谱满足Houdré等人的等式(9)。从满足等式可推导出振子强度f＝4.8×1012cm-2，线宽γ＝2.7meV。
本发明人对1λ空腔进行了类似的计算，其中在0.5个空腔厚度处插入了包括三个量子阱的插入物。通过标准的转换矩阵方法为DBR-FP结构建模，并通过等式(2)的介电常数包含了2D激子。对空腔谐振模中激子能量与光子能量之间不同的去谐进行计算。
Δ＝E0-Ecav                    (10)
Houdré等人只考虑到在经过插入激子给出了空腔谐振模的固定分离的空腔中激子光子耦合的基本效应。Houdré等人没有提到或研究波长可调性。Houdré等人对如何实现波长可调性没有提供任何指导。而且，Houdré等人没有说明如何制造可调的VCSEL或可调的共振空腔光电探测器。此外，Houdré等人没有提到波分多路复用系统。
相反，本发明公开了基于空腔位置相依的电光学效应的波长可调的垂直空腔表面发射激光器。本发明还公开了波长可调的共振空腔光电探测器以及基于波长可调的激光器阵列和波长可调的共振光电探测器阵列的智能波分多路复用系统。
此外，本发明显示了如何通过调整空腔长度、反射镜类型、插在空腔中的量子阱的数量或量子点层的数量来增强波长可调性。本发明证明了制造允许最多9nm的波长变动的波长可调的激光器和波长可调的共振光电探测器的可行性。
图9显示了共振中的吸收频谱。对于1λ空腔在共振时计算的吸收频谱，在空腔中间的单个的三量子阱插入物，以及反射镜与R.Houdré等人的相同。计算给出了5.9meV的空腔谐振模分离，基本类似于Houdré等人的结果。
为了在共振的两个频谱线中间增加分离Ω，本发明的实施例包括具有高对比度的GaAs/AlO DBR的空腔，其中各层分别具有3.54和1.58的折射率(在波长λ＝921.5nm时)。该结构在底部DBR中包括5对GaAs/AlO，在顶部DBR中包括4对GaAs/AlO。图10中给出了该结构的反射频谱，显示了反复的宽的停止带。没有考虑在光子能量高于1.42eV处的GaAs吸收，以便关注空腔和DBR的共振特性。计算该结构使其在波长921.5nm(光子能量1.341eV)具有共振。在假设GaAs和AlO的恒定折射率分别为3.54和1.58时，进行反射率的计算。
图11(a)至(e)显示了空腔长度对四个不同空腔的处于共振的两个光模之间分离的影响(偏振子影响)。针对由5对GaAs/AlO反射镜和4对GaAs/AlO反射镜包围的GaAs的0.5λ空腔、1λ空腔、1.5λ空腔和2λ空腔计算该影响。随着空腔长度增加，分离下降。
图11(a)显示了由底部反射镜1111和顶部反射镜1112限制的最短(0.5λ)的空腔1110。只显示了每个DBR的一个周期。靠近空腔谐振模的最大电场强度引入调制器1113，调制器1113是包含多层的量子阱的插入物。靠近空腔中固定电磁波1115的最大电场强度来定位调制器1113。由于插入物和光模的最大交叠，这样的短空腔表现出最大的分离，等于11.2meV，如图11(b)所示。
图11(c)显示了1λ空腔1120，其中调制器1113位于固定电磁波1125的最大电场强度处。对于1λ空腔，氧化的GaAs-Al(Ga)O DBR与AlAs-GaAs DBR(5.9meV)给出了明显较大的分离(8.9meV)。
图11(d)显示了1.5λ空腔1130，其中调制器1113位于固定电磁波1135的电场强度最大值的其中之一处。7.5meV的分离小于0.5λ和1λ空腔中的分离。
图11(e)显示了2λ空腔1140，其中调制器1113位于固定电磁波1145的电场强度最大值的其中之一处。6.7meV的分离是图11中所示的所有空腔中最小的分离。
评价均匀和不均匀展宽对模分离的作用(影响)是很重要的。该影响对于在室温导致较小的相位弛张时间的均匀展宽增加非常不敏感。线宽(半最大值全波，FWHM)中从2.7meV(77K)到9.3meV(300K)的改变在分离能量(从11.2meV下降到8.9meV)中产生最小的改变。这意味着在接近或高于室温的范围内的温度变化不会对调制器性能产生明显改变。其显示在表1中，表1显示了振子强度对0.5λ空腔谐振模的共振分离的影响。
表1
  振子强度，cm-2   激子线宽，meV   分离，meV
  4.8×1012   2.7(77K)   11.2
  4.8×1012   9.3(300K)   8.9
  2×4.8×1012   9.3   14.5
  3×4.8×1012   9.3   18.4
  4×4.8×1012   9.3   21.6
  5×4.8×1012   9.3   24.2
使用几个薄的量子阱，能够进一步显著地增加该影响。如果插入包括5个InGaAs量子阱的多层结构，则与R.Houdré等人的论文相比，振子强度可以增加5倍，其中每个InGaAs量子阱厚度为50，由厚度为50的GaAs屏障分隔。
图12显示了空腔本身的反射率频谱，该空腔具有多量子阱插入物，图12(a)是激子吸收峰值位于空腔谐振模的高能量侧的情况。针对激子线与空腔谐振模之间不同的能量去谐来计算反射率频谱。激子线位于空腔谐振模的高能量侧。表2显示了与去谐相对的偏振子效应导致的空腔谐振模的变动。曲线1211至1217是如表2中给出的不同的去谐值。曲线1211是在没有激子效应的情况下空腔的反射率。曲线1212表示去谐Δ＝100meV。曲线1213表示去谐Δ＝50meV。曲线1214表示去谐Δ＝30meV。曲线1215表示去谐Δ＝20meV。曲线1216表示去谐Δ＝10meV。曲线1217表示精确共振Δ＝0。
图12(b)是激子吸收峰值位于空腔谐振模的低能量侧的情况。曲线1221至1227是如表2中给出的不同的去谐值。曲线1221是在没有激子效应的情况下空腔的反射率。曲线1222表示去谐Δ＝-100meV。曲线1223表示去谐Δ＝-50meV。曲线1224表示去谐Δ＝-30meV。曲线1225表示去谐Δ＝-20meV。曲线1226表示去谐Δ＝-10meV。曲线1227表示精确共振Δ＝0。
表2
  去谐Δ，meV   图12中的曲线   空腔谐振模的能量，meV   能量的变动，meV   空腔谐振模的波长，λcav，nm 波长的变动，Δλcav，nm   量子阱中的吸收，α，cm-1
  空腔谐振模   1211和1221   1341.0   0   921.5 0   0
  100   1212   1339.4   -1.6   922.6 1.1   5.54×101
  50   1213   1337.8   -3.2   923.7 2.2   2.07×102
  30   1214   1336.2   -4.8   924.8 3.3   4.84×102
  20   1215   1334.6   -6.4   925.9 4.4   8.32×102
  10   1216   1332.2   -8.8   927.6 6.1   1.59×103
  0(共振)   1217   1328.3   -12.7   930.3 8.8   3.26×103
  0(共振)   1227   1353.9   12.9   912.7 -8.8   3.43×103
  -10   1226   1350.0   9.0   915.4 -6.1   1.68×103
  -20   1225   1347.6   6.6   917.0 -4.5   8.81×102
  -30   1224   1346.0   5.0   918.1 -3.4   5.25×102
  -50   1223   1344.4   3.4   919.2 -2.3   2.27×102
  -100   1222   1342.8   1.8   920.3 -1.2   6.48×101
获得明显的波长变动，同时在该器件的空腔波长不具有强的吸收以便正常工作是很重要的。现有技术假设两个条件几乎是不可能同时满足的。但是，本发明显示出不是这种情况。表2概述了变动值和吸收值。对于垂直空腔表面发射激光器，量子阱中的材料增益大约是103cm-1，并且量子阱-VCSEL的损失必须适当地低于这个值。
表2显示了经过量子约束斯塔克效应在空腔吸收没有强烈增加的情况下，5-6meV(4至5nm)的变动是可能。对于1.3-1.6μm频谱范围的波长，类似的能量变动产生更大的波长变动(8至9nm)。
对于吸收峰值和额定空腔谐振模能量之间非常大的能量分隔，当吸收恰好可以忽略时(调制器区域中的材料吸收对于100meV能量差是几十cm-1)，能够进一步提高激子振子强度，以便增加波长调整范围。如果振子强度被进一步增加2倍，则变动的值也近似加倍。表3显示了增强的振子强度对空腔谐振模的变动的影响。尽管损失也加倍，但是它们仍然保持较低，以至于不显著地影响激光发光特性。因此，即使对于100meV的大的能量分隔，也能够实现大的波长调整范围。
表3
  振子强度，cm-2 去谐Δ，meV   空腔谐振模的能量，meV   能量的变动，meV   λcav，nm   Δλcav，nm   α，cm-1
空腔   1341.0   0   921.5   0   0
  2.4×1013 100   1339.4   -1.6   922.6   1.1   5.54×101
  4.8×1013 100   1337.8   -3.2   923.7   2.2   1.03×102
可以通过使用空腔的优化设计以便增加调制器区域中电场的强度来实现调整效率的进一步增加。在本发明的实施例中，调制器区域夹在AlO层之间。为了确保有效的收集光生载流子，在氧化物覆层中使用非常小的缝隙。在本发明的另一个实施例中，使用一个与氧化物层组合的腔内接触，氧化物层交叠在调制部分中。
因此，空腔谐振模的能量最多能够变动的数值可达5-6nm，提出的空腔波长的调整机构能够确实用于波长可调的激光器和波长可调的共振光电探测器。在另一个实施例中，调制器区域夹在GaAlO层之间。
另一个调整折射率的机会是施加正向偏压。在此情况下，通过非平衡载流子的注入来限制电场的应用。但是注入的载流子使得激子吸收漂白依靠自由载流子并依靠填充了可用的电子和空穴状态的费米空间通过激子放映。吸收峰值消失，因此强烈地修改了折射率。如果在电流注入脉冲之后施加了强的反向偏压，则通过由于辐射复合或隧穿屏障的载流子导致的量子阱耗尽时间来限制时间响应，如在Y.Chiba等人的论文中所述(“Resonance-state calculation applyingWeyl-Titchmarsh theory：Application for the quantum-confined Starkeffects on excitons in a GaAs-AlxAl1-xAs quantum well”，PhysicalReview B，Vol.41，pp.6065-6068(1990))。
因此，在另一个实施例中，波长可调的垂直空腔表面发射激光器包括相位控制元件和调制器，其工作在正向偏压下。在此实施例中，激子吸收漂白效应调制折射率。
在另一个实施例中，波长可调的共振光电探测器包括相位控制元件和调制器，其工作在正向偏压下。在此实施例中，使用激子吸收漂白的效应来调制折射率。
在又一个实施例中，外部反射镜位置的微机械调制调整了空腔的长度，因此调整了空腔的共振波长。在优选实施例中，使用微机械调制来调整由波长可调的垂直空腔表面发射激光器所发射的激光的波长。在另一个优选实施例中，使用微机械调制来调整波长可调的垂直空腔共振光电探测器的共振波长。
在另一个实施例中，使用压电效应来调整空腔的共振波长。空腔包括由表现出强的压电效应的材料所形成的层。向此层施加控制电压会导致该层变形，并且相应改变了它的厚度。因此，空腔的长度改变；空腔的共振波长也改变。在优选实施例中，使用压电效应来调整由波长可调的垂直空腔表面发射激光器所发射的激光的波长。在另一个优选实施例中，使用压电效应来调整波长可调的共振光电探测器的共振波长。
图5中的波长可调的共振光电探测器和图6中的波长可调的激光器是垂直空腔光电子器件。本发明的另一个实施例是按照N.N.Ledentsov和V.A.Schukin的论文(“Novel Concepts for InjectionLasers”，Optical Engineering，Vol.41(12).pp.3193-3203(2002))中所述的倾斜空腔激光器的一般概念制造的波长可调的倾斜空腔激光器。简言之，优选地设计倾斜空腔激光器使得空腔夹在底部反射镜与顶部反射镜之间。优选地将两个反射镜设计为多层反射镜。VCSEL和TCL之间的主要差别在于，在TCL中空腔和反射镜是对按照与反射镜面的法线成某角度θ传播的光模产生共振。
倾斜空腔激光器有许多优点。首先，倾斜空腔激光器可用作表面发射激光器和边缘发射激光器。其次，针对空腔和反射镜的共振条件是独立的，因此提供了角度θ和所发射激光的波长的选择。第三，倾斜模从多层反射镜的反射率明显高于垂直模的反射率，其允许通过使用较少层数以及整体厚度较小的反射镜使器件达到同样高的精密度。第四，当倾斜空腔激光器用作表面发射激光器时，一个优选实施例是使角度θ超过在空腔的半导体材料与真空之间边界处的全内反射的角度，并且将发射的激光经过近场直接耦合到光纤。这明显地降低了耦合到光纤时的衍射损耗。第五，当倾斜空腔激光器用作边缘发射激光器时，其为所发射的激光提供了强的波长稳定性。
在本发明的实施例中，倾斜空腔还包括相位控制元件，其调制激光器所发射的激光的波长。在优选实施例中，波长可调的共振光电探测器是倾斜空腔共振光电探测器。
在另一个实施例中，波分多路复用系统包括波长可调的边缘发射激光器。波长可调的边缘发射激光器包括使用分布式反馈来稳定所发射的激光的波长并在激光中选择单个纵模的部分。在这样的激光器中使用调制器，使其可用于本发明的波分多路复用系统。
在另一个实施例中，波分多路复用系统包括以边缘几何图形工作的波长可调的共振光电探测器，其中通过使用分布式反馈的部分来提供共振。在这样的光电探测器中使用调制器，使其可用于本发明的波分多路复用系统。
本发明的波分多路复用系统的一个基本优点是，能够将每个给定的共振光电探测器的共振波长自调整到由分配给数据传输的给定信道的激光器所发射的激光的波长。图1至3给出了此自调整的一个实施例。
在本发明的另一个实施例中，对每个信道进行共振光电探测器和激光器的调整，而不使用基准激光器和基准光电探测器。在此实施例中，激光器所发射的信号包括基准信号和数据传输信号。这两种信号在幅度和脉冲持续时间方面不同。该系统调整对应的基准光电探测器的波长，直到由光电探测器获得的基准信号达到其最大值为止。然后，在相同的波长获得数据传输信号。
在本发明的另一个实施例中，波分多路复用系统具有波长可调的激光器和波长可调的共振光电探测器。在此实施例中，第一阵列的激光器发射波长为λ*的激光。第二阵列的光电探测器获得由第一阵列的对应的激光器所发射的激光。第二阵列的光电探测器将关于所获得的信号的强度I的信息发射到第二阵列的对应的激光器。第二阵列的对应的激光器发射激光，将关于所获得的强度的信息发送回第一阵列。第一阵列的对应的光电探测器接收关于强度I的信息。系统调整由第一阵列的激光器所发射的激光的波长λ*，直到强度I达到其最大值为止。
在本发明的另一个实施例中，位于不同位置的光电子器件阵列能够建立对话。在又一个实施例中，多于两个的每个位于其自己位置的光电子器件阵列形成智能网络，其允许自调整和各种形式的对话。阵列的优选数量是从三个到一百个。
在本发明的另一个实施例中，调制用于控制波长可调的激光器的波长的控制参数U，使得激光器发射的激光被调频。然后对由对应的共振光电探测器检测到的信号进行调幅。此实施例允许高频操作。
在本发明的另一个实施例中，能够使用有源或无源振荡模锁定以便在高功率工作。能够应用具有饱和吸收体的光学双稳的两部分器件，以便允许元件的逻辑函数。
应当意识到，为了清楚而在分开的实施例中说明的本发明的某些特征，也可以在单个实施例中进行组合。相反地，为了简明而在单个实施例中说明的本发明的各种特征，也可以分开或以任意适合的子组合方式被提供。
本说明书中提到的所有的出版物、专利和专利申请，在此以引用方式将其全部内容并入本说明书，其程度好像是每个单独的出版物、专利或专利申请通过引用被具体且单独地指出而结合在此。此外，本申请中任何参考的引用或证明不应构成为允许这样的引用可作为本发明的现有技术而获得。
尽管已经关于其示意性实施例显示并说明了本发明，但是本领域技术人员应当理解，可以在此进行前述的以及各种其它的修改、删除和增加，而不会脱离本发明的本质和范围。因此，本发明不应理解为上述的具体实施例，而是包括能够在由后附权利要求中阐述的特征所包围的范围及其等价物中实施的所有可能的实施例。

Claims (70)

1.一种波分多路复用系统，包括至少两个光电子器件阵列以及通信媒介，每个阵列位于不同的位置，其中
a)：第一光电子器件阵列位于第一位置，并包括多个波长可调的激光器；以及
b)第二光电子器件阵列位于不同于第一位置的第二位置，并包括多个波长可调的共振光电探测器。
2.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中第一光电子器件阵列包括选自如下的光电子器件：
i)波长可调的激光器，和
ii)波长可调的共振光电探测器。
3.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中第二光电子器件阵列包括选自于如下的光电子器件：
i)波长可调的激光器，和
ii)波长可调的共振光电探测器。
4.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中通信媒介选自于：
a)光纤；
b)自由空间；和
c)半导体芯片。
5.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中该波分多路复用系统是选自于如下的通信网络的一部分：
a)长途网络；
b)大城市区域网络；
c)局域网；
d)存储区域网络；
e)多个计算机光学互连；和
f)汽车数据网络。
6.如权利要求1所述的波分多路复用系统，进一步包括位于第一位置的多路复用元件，其中该多路复用元件将波长可调的激光器所发射的激光引导至通信媒介。
7.如权利要求1所述的波分多路复用系统，进一步包括位于第二位置的多路分用元件，其中该多路分用元件将具有以一定波长间隔的波长的激光引导至对应的波长可调的共振光电探测器。
8.如权利要求6所述的波分多路复用系统，进一步包括位于第二位置的多路分用元件，其中该多路分用元件将具有以一定波长间隔的波长的激光引导至对应的波长可调的共振光电探测器。
9.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中通过控制参数来控制由至少一个波长可调的激光器所发射的激光的波长，所述控制参数选自于：
a)用于使用量子约束斯塔克效应的波长可调的激光器的电压；
b)用于使用漂白效应的波长可调的激光器的注入电流；
c)用于使用波长的微机械调制的波长可调的激光器的外部反射镜的位置；和
d)用于基于压电效应的波长可调的激光器的电压，其中所施加的电压调整波长可调的激光器的空腔的宽度。
10.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中通过控制参数来控制至少一个波长可调的共振光电探测器的共振波长，所述控制参数选自于：
a)用于使用量子约束斯塔克效应的波长可调的共振光电探测器的电压；
b)用于使用漂白效应的波长可调的共振光电探测器的注入电流；
c)用于使用波长的微机械调制的波长可调的共振光电探测器的外部反射镜的位置；和
d)用于基于压电效应的波长可调的共振光电探测器的电压，其中所施加的电压调整空腔的宽度。
11.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中第一光电子器件阵列包括至少一个基准波长可调的激光器和至少一个数据通信波长可调的激光器。
12.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中第二光电子器件阵列包括至少一个基准波长可调的共振光电探测器和至少一个数据通信波长可调的共振光电探测器。
13.如权利要求11所述的波分多路复用系统，其中第二光电子器件阵列包括至少一个基准波长可调的共振光电探测器和至少一个数据通信波长可调的共振光电探测器。
14.如权利要求13所述的波分多路复用系统，其中基准波长可调的激光器和基准波长可调的共振光电探测器形成基准通信信道。
15.如权利要求14所述的波分多路复用系统，其中形成多个数据通信信道，每个信道包括一个数据通信波长可调的激光器和一个数据通信波长可调的共振光电探测器。
16.如权利要求14所述的波分多路复用系统，其中数据通信波长可调的激光器和数据通信波长可调的共振光电探测器形成数据通信信道。
17.如权利要求16所述的波分多路复用系统，其中在至少一个数据通信信道中传输的信号包括：
a)基准部分；和
b)数据通信部分。
18.如权利要求17所述的波分多路复用系统，其中信号的基准部分在幅度上大于信号的数据通信部分。
19.如权利要求17所述的波分多路复用系统，其中信号的基准部分在脉冲持续时间上不同于信号的数据通信部分。
20.如权利要求16所述的波分多路复用系统，其中调频调制在至少一个数据通信信道中由波长可调的激光器所发射的信号，使得在数据通信信道中由波长可调的共振光电探测器所检测的信号在幅度上被调制。
21.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中：
a)第一光电子器件阵列包括：
i)至少一个波长可调的激光器，和
ii)至少一个波长可调的共振光电探测器；以及
b)第二光电子器件阵列包括：
i)至少一个波长可调的激光器，和
ii)至少一个波长可调的共振光电探测器。
22.如权利要求21所述的波分多路复用系统，进一步包括至少一个对话数据通信信道，包括：
a)在第一光电子器件阵列中的波长可调的激光器；
b)在第一光电子器件阵列中的波长可调的共振光电探测器；
c)在第二光电子器件阵列中的波长可调的激光器；和
d)在第二光电子器件阵列中的波长可调的共振光电探测器。
23.如权利要求1所述的波分多路复用系统，包括多于两个的光电子器件阵列，每个阵列位于不同的位置，其中阵列中的光电子器件选自于：
a)波长可调的激光器；
b)波长可调的共振光电探测器；和
c)a)和b)的任意组合。
24.如权利要求23所述的波分多路复用系统，其中光电子器件阵列的数量范围从三个至一百个。
25.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中至少一个波长可调的共振光电探测器包括波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器，该波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器包括：
a)衬底；
b)位于衬底上并由布喇格反射体区域形成的底部反射镜；
c)含有i)位于底部反射镜上的光电探测元件、以及ii)位于光电探测元件上的相位控制元件的空腔，其中光电探测元件包括：
A)当吸收光时产生光电流的光吸收层，
B)位于衬底上并位于光吸收层下的第一n掺杂电流扩散区域，
C)位于光吸收层上的第一p掺杂电流扩散区域，
D)位于每个相邻区域之间的电流缝隙，和
E)位于n掺杂电流扩散区域与p掺杂电流扩散区域之间的光电探测元件偏压控制器件，使得当不吸收光线时不出现光电流，
所述相位控制元件包括：
A)位于第一p掺杂电流扩散区域上的调制层，其中该调制层在暴露到施加反向偏压时的电场或者施加正向偏压时的注入电流时，利用位置相依的电光学效应来调制空腔的共振波长，
B)位于调制层上的第二n掺杂电流扩散区域，
C)位于每个相邻区域之间的电流缝隙，和
D)位于第二n掺杂电流扩散区域与第一p掺杂电流扩散区域之间的相位控制元件偏压控制器件，使得产生电场以使调制层调制空腔的共振波长；和
d)位于相位控制元件上并由布喇格反射体形成的顶部反射镜。
26.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中至少一个波长可调的共振光电探测器包括波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器，该波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器包括：
a)衬底，包括选自于：i)GaAs、ii)GaAlAs合金、或iii)与GaAs晶格匹配或基本上晶格匹配的其它半导体材料的材料；
b)位于衬底上并由布喇格反射体区域形成的底部反射镜；
c)含有i)位于底部反射镜上的光电探测元件、以及ii)位于光电探测元件上的相位控制元件的空腔，其中光电探测元件包括：
A)当吸收光时产生光电流的光吸收层，
B)位于衬底上并位于光吸收层下的第一n掺杂电流扩散区域，
C)位于光吸收层上的第一p掺杂电流扩散区域，
D)位于每个相邻区域之间的电流缝隙，和
E)位于n掺杂电流扩散区域与p掺杂电流扩散区域之间的光电探测元件偏压控制器件，使得当不吸收光线时不出现光电流，
所述相位控制元件包括：
A)位于第一p掺杂电流扩散区域上的调制层，其中该调制层在暴露到施加反向偏压时的电场或者施加正向偏压时的注入电流时，利用位置相依的电光学效应来调制空腔的共振波长，
B)位于调制层上的第二n掺杂电流扩散区域，
C)位于每个相邻区域之间的电流缝隙，和
D)位于第二n掺杂电流扩散区域与第一p掺杂电流扩散区域之间的相位控制元件偏压控制器件，使得产生电场以使调制层调制空腔的共振波长；
d)位于相位控制元件上并由布喇格反射体形成的顶部反射镜；和
e)在n侧上邻近调制层的附加介电层，其中附加介电层包括选自于AlO或GaAlO的材料。
27.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中至少一个波长可调的共振光电探测器包括波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器，该波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器包括：
a)衬底，包括选自于：i)GaAs、ii)GaAlAs合金、或iii)与GaAs晶格匹配或基本上晶格匹配的其它半导体材料的材料；
b)位于衬底上并由布喇格反射体区域形成的底部反射镜；
c)含有i)位于底部反射镜上的光电探测元件、以及ii)位于光电探测元件上的相位控制元件的空腔，其中光电探测元件包括：
A)当吸收光时产生光电流的光吸收层，
B)位于衬底上并位于光吸收层下的第一n掺杂电流扩散区域，
C)位于光吸收层上的第一p掺杂电流扩散区域，
D)位于每个相邻区域之间的电流缝隙，和
E)位于n掺杂电流扩散区域与p掺杂电流扩散区域之间的光电探测元件偏压控制器件，使得当不吸收光线时不出现光电流，
所述相位控制元件包括：
A)位于第一p掺杂电流扩散区域上的调制层，其中该调制层在暴露到施加反向偏压时的电场或者施加正向偏压时的注入电流时，利用位置相依的电光学效应来调制空腔的共振波长，
B)位于调制层上的第二n掺杂电流扩散区域，
C)位于每个相邻区域之间的电流缝隙，和
D)位于第二n掺杂电流扩散区域与第一p掺杂电流扩散区域之间的相位控制元件偏压控制器件，使得产生电场以使调制层调制空腔的共振波长；
d)位于相位控制元件上并由布喇格反射体形成的顶部反射镜；和
e)在p侧上邻近调制层的附加介电层，其中附加介电层包括选自于AlO或GaAlO的材料。
28.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中至少一个波长可调的共振光电探测器包括波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器，该波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器包括：
a)衬底，包括选自于：i)GaAs、ii)GaAlAs合金、或iii)与GaAs晶格匹配或基本上晶格匹配的其它半导体材料的材料；
b)位于衬底上并由布喇格反射体区域形成的底部反射镜；
c)含有i)位于底部反射镜上的光电探测元件、以及ii)位于光电探测元件上的相位控制元件的空腔，其中光电探测元件包括：
A)当吸收光时产生光电流的光吸收层，
B)位于衬底上并位于光吸收层下的第一n掺杂电流扩散区域，
C)位于光吸收层上的第一p掺杂电流扩散区域，
D)位于每个相邻区域之间的电流缝隙，和
E)位于n掺杂电流扩散区域与p掺杂电流扩散区域之间的光电探测元件偏压控制器件，使得当不吸收光线时不出现光电流，
所述相位控制元件包括：
A)位于第一p掺杂电流扩散区域上的调制层，其中该调制层在暴露到施加反向偏压时的电场或者施加正向偏压时的注入电流时，利用位置相依的电光学效应来调制空腔的共振波长，
B)位于调制层上的第二n掺杂电流扩散区域，
C)位于每个相邻区域之间的电流缝隙，和
D)位于第二n掺杂电流扩散区域与第一p掺杂电流扩散区域之间的相位控制元件偏压控制器件，使得产生电场以使调制层调制空腔的共振波长；
d)位于相位控制元件上并由布喇格反射体形成的顶部反射镜；和
e)将调制层夹在其中的两层附加介电层，其中每个附加介电层包括选自于AlO或GaAlO的材料。
29.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中至少一个波长可调的激光器包括波长可调的半导体垂直空腔表面发射激光器，该波长可调的半导体垂直空腔表面发射激光器包括：
a)衬底；
b)位于衬底上并由布喇格反射体区域形成的底部反射镜；
c)空腔，含有i)位于底部反射镜上的有源元件，和ii)位于有源元件上的相位控制元件；和
d)位于相位控制元件上并由布喇格反射体形成的顶部反射镜。
30.如权利要求29所述的波分多路复用系统，其中该波长可调的半导体垂直空腔表面发射激光器的有源元件包括：
a)光发生层，当暴露到施加正向偏压时的注入电流时发光；
b)位于衬底上并位于光发生层下的第一n掺杂电流扩散区域；
c)位于光发生层上的第一p掺杂电流扩散区域；
d)位于每个相邻区域之间的电流缝隙，和
e)位于n掺杂电流扩散区域与p掺杂电流扩散区域之间的有源元件偏压控制器件，使得能够将电流注入到光发生层中以发出光线。
31.如权利要求30所述的波分多路复用系统，其中该波长可调的半导体垂直空腔表面发射激光器的相位控制元件包括：
a)位于第一p掺杂电流扩散区域上的调制层，其中该调制层在暴露到施加反向偏压时的电场或者施加正向偏压时的注入电流时，利用位置相依的电光学效应来调制光线的波长；
b)位于调制层上的第二n掺杂电流扩散区域；
c)位于每个相邻区域之间的电流缝隙，和
d)位于第二n掺杂电流扩散区域与第一p掺杂电流扩散区域之间的相位控制元件偏压控制器件，使得产生电场并使调制层调制光线的波长。
32.如权利要求29所述的波分多路复用系统，其中该波长可调的半导体垂直空腔表面发射激光器的衬底包括选自于：
i)GaAs；
ii)GaAlAs合金；和
iii)与GaAs晶格匹配或基本上晶格匹配的其它半导体材料的材料。
33.如权利要求32所述的波分多路复用系统，其中该波长可调的半导体垂直空腔表面发射激光器进一步包括邻近调制层的附加介电层，其中附加介电层包括选自于：
a)AlO；和
b)GaAlO的材料。
34.如权利要求33所述的波分多路复用系统，其中该附加介电层在n侧上邻近该波长可调的半导体垂直空腔表面发射激光器的调制层。
35.如权利要求33所述的波分多路复用系统，其中该附加介电层在p侧上邻近该波长可调的半导体垂直空腔表面发射激光器的调制层。
36.如权利要求32所述的波分多路复用系统，其中该波长可调的半导体垂直空腔表面发射激光器的调制层夹在两层附加介电层之间，其中每个附加介电层包括选自于：
a)AlO；和
b)GaAlO的材料。
37.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中至少一个波长可调的激光器包括波长可调的半导体倾斜空腔激光器，该波长可调的半导体倾斜空腔激光器包括使用位置相依的电光学效应来调制所发射激光的波长的调制元件。
38.如权利要求37所述的波分多路复用系统，其中该波长可调的半导体倾斜空腔激光器进一步包括选自于：
i)GaAs；
ii)GaAlAs合金；和
iii)与GaAs晶格匹配或基本上晶格匹配的其它半导体材料的衬底。
39.如权利要求38所述的波分多路复用系统，其中该波长可调的半导体倾斜空腔激光器进一步包括邻近调制元件的附加介电层，其中附加介电层包括选自于：
a)AlO；和
b)GaAlO的材料。
40.如权利要求39所述的波分多路复用系统，其中该附加介电层在n侧上邻近调制元件。
41.如权利要求39所述的波分多路复用系统，其中该附加介电层在p侧上邻近调制元件。
42.如权利要求38所述的波分多路复用系统，其中该波长可调的倾斜空腔激光器进一步包括将调制元件夹在之间的两层附加介电层，其中每个附加介电层包括选自于：
a)AlO；和
b)GaAlO的材料。
43.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中至少一个波长可调的共振光电探测器是波长可调的半导体倾斜空腔共振光电探测器，该波长可调的半导体倾斜空腔共振光电探测器包括利用位置相依的电光学效应来调制所述倾斜空腔共振光电探测器的共振波长的调制元件。
44.如权利要求43所述的波分多路复用系统，其中该波长可调的半导体倾斜空腔共振光电探测器进一步包括选自于：
i)GaAs；
ii)GaAlAs合金；和
iii)与GaAs晶格匹配或基本上晶格匹配的其它半导体材料的衬底。
45.如权利要求44所述的波分多路复用系统，其中该波长可调的半导体倾斜空腔共振光电探测器进一步包括邻近调制元件的附加介电层，其中附加介电层包括选自于：
a)AlO；和
b)GaAlO的材料。
46.如权利要求45所述的波分多路复用系统，其中该附加介电层在n侧上邻近调制元件。
47.如权利要求45所述的波分多路复用系统，其中该附加介电层在p侧上邻近调制元件。
48.如权利要求44所述的波分多路复用系统，其中该波长可调的半导体倾斜空腔共振光电探测器进一步包括将调制元件夹在之间的两层附加介电层，其中每个附加介电层包括选自于：
a)AlO；和
b)GaAlO的材料。
49.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中至少一个波长可调的激光器包括波长可调的边缘发射激光器，该波长可调的边缘发射激光器包括使用位置相依的电光学效应的调制元件。
50.如权利要求49所述的波分多路复用系统，其中波长可调的边缘发射激光器进一步包括使用分布式反馈来选择单个纵模的部分。
51.如权利要求1所述的波分多路复用系统，其中至少一个波长可调的共振光电探测器包括以边缘几何图形工作的光电探测器，并包括使用位置相依的电光学效应的调制元件。
52.如权利要求51所述的波分多路复用系统，其中波长可调的共振光电探测器进一步包括使用分布式反馈来选择光电探测器的共振波长的部分。
53.一种波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器，包括：
a)衬底；
b)位于衬底上并由布喇格反射体区域形成的底部反射镜；
c)空腔，含有i)位于底部反射镜上的光电探测元件，和ii)位于光电探测元件上的相位控制元件；和
d)位于相位控制元件上并由布喇格反射体形成的顶部反射镜。
54.如权利要求53所述的波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器，其中光电探测元件包括：
a)当吸收光时产生光电流的光吸收层；
b)位于衬底上并位于光吸收层下的第一n掺杂电流扩散区域；
c)位于光吸收层上的第一p掺杂电流扩散区域；
d)位于每个相邻区域之间的电流缝隙；和
e)位于n掺杂电流扩散区域与p掺杂电流扩散区域之间的光电探测元件偏压控制器件，使得当不吸收光线时不出现光电流。
55.如权利要求54所述的波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器，其中相位控制元件包括：
a)位于第一p掺杂电流扩散区域上的调制层，其中该调制层在暴露到施加反向偏压时的电场或者施加正向偏压时的注入电流时，利用位置相依的电光学效应来调制空腔的共振波长；
b)位于调制层上的第二n掺杂电流扩散区域；
c)位于每个相邻区域之间的电流缝隙；和
d)位于第二n掺杂电流扩散区域与第一p掺杂电流扩散区域之间的相位控制元件偏压控制器件，使得产生电场以使调制层调制空腔的共振波长；
56.如权利要求55所述的波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器，其中该衬底包括选自于：
i)GaAs；
ii)GaAlAs合金；和
iii)与GaAs晶格匹配或基本上晶格匹配的其它半导体材料的材料。
57.如权利要求56所述的波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器，进一步包括邻近调制层的附加介电层，其中附加介电层包括选自于：
a)AlO；和
b)GaAlO的材料。
58.如权利要求57所述的波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器，其中该附加介电层在n侧上邻近调制层。
59.如权利要求57所述的波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器，其中该附加介电层在p侧上邻近调制层。
60.如权利要求56所述的波长可调的半导体垂直空腔共振光电探测器，其中该调制层夹在两层附加介电层之间，其中每个附加介电层包括选自于：
a)AlO；和
b)GaAlO的材料。
61.一种波分多路复用系统的自调整方法，该波分多路复用系统包括至少两个光电子器件阵列以及通信媒介，每个阵列位于不同的位置，其中第一光电子器件阵列位于第一位置，并包括至少一个基准波长可调的激光器和至少一个数据通信波长可调的激光器；其中第二光电子器件阵列位于不同于第一位置的第二位置，并包括至少一个基准波长可调的共振光电探测器和至少一个数据通信波长可调的共振光电探测器，该方法包括以下步骤：
a)设定多个初始设置；和
b)在现场调整所述设置。
62.如权利要求61所述的方法，其中步骤a)包括子步骤：
i)按照用于控制所发射激光的波长的控制参数的函数，校准由基准波长可调的激光器所发射的光线的波长；
ii)按照用于控制共振光电探测器的共振波长的控制参数的函数，校准基准波长可调的共振光电探测器的共振波长；
iii)将基准波长可调的激光器所发射的激光的波长设定为预定值；和
iv)设定基准波长可调的共振光电探测器的共振波长，使其等于由基准波长可调的激光器所发射的设定波长。
63.如权利要求62所述的方法，其中步骤a)进一步包括子步骤：
v)按照用于控制所发射激光的波长的控制参数的函数，校准由数据通信波长可调的激光器所发射的光线的波长；
vi)按照用于控制共振光电探测器的共振波长的控制参数的函数，校准数据通信波长可调的共振光电探测器的共振波长；
vii)将数据通信波长可调的激光器所发射的激光的波长设定为预定值；和
viii)设定数据通信波长可调的共振光电探测器的共振波长，使其等于由数据通信波长可调的激光器所发射的设定波长。
64.如权利要求63所述的方法，其中对第一光电子器件阵列的所有数据通信波长可调的激光器执行子步骤v)至viii)。
65.如权利要求63所述的方法，其中步骤a)进一步包括子步骤：
ix)将第一光电子器件阵列放置在第一位置；和x)将第二光电子器件阵列放置在第二位置。
66.如权利要求61所述的方法，其中步骤b)包括子步骤：
i)扫描基准波长可调的共振光电探测器的共振波长，直到检测到的信号达到最大值为止；和
ii)变动基准波长可调的共振光电探测器的共振波长，使得由基准波长可调的共振光电探测器所检测的信号具有最大值。
67.如权利要求66所述的方法，其中步骤b)进一步包括子步骤：
iii)变动数据通信波长可调的共振光电探测器的共振波长，使其变动与基准波长可调的共振光电探测器已经变动的相同的值。
68.如权利要求67所述的方法，其中对第二光电子器件阵列的所有数据通信波长可调的共振光电探测器执行子步骤iii)。
69.一种波分多路复用系统的现场调整方法，该波分多路复用系统包括至少两个光电子器件阵列以及通信媒介，每个阵列位于不同的位置，其中第一光电子器件阵列位于第一位置，并包括多个数据通信波长可调的激光器；其中第二光电子器件阵列位于不同于第一位置的第二位置，并包括多个数据通信波长可调的共振光电探测器，其中数据通信波长可调的激光器和数据通信波长可调的共振光电探测器形成至少一个数据通信信道，其中在至少一个数据通信信道中传输的信号包括基准部分和数据通信部分，该方法包括以下步骤：
a)扫描在数据通信信道中工作的波长可调的共振光电探测器的共振波长，直到由波长可调的共振光电探测器所检测的对应于所述信号基准部分的信号达到最大值为止；
b)固定波长可调的共振光电探测器的共振波长；和
c)在固定的共振波长检测数据通信信号。
70.一种波分多路复用系统的现场调整方法，该波分多路复用系统包括至少两个光电子器件阵列以及通信媒介，每个阵列位于不同的位置，其中第一光电子器件阵列位于第一位置，并包括至少一个波长可调的激光器和至少一个波长可调的共振光电探测器；其中第二光电子器件阵列包括少一个波长可调的激光器和至少一个波长可调的共振光电探测器；以及至少一个对话数据通信信道，其中该对话数据通信信道包括在第一光电子器件阵列中的波长可调的激光器，在第一光电子器件阵列中的波长可调的共振光电探测器，在第二光电子器件阵列中的波长可调的激光器，和在第二光电子器件阵列中的波长可调的共振光电探测器；该方法包括以下步骤：
a)由第一光电子器件阵列中的波长可调的激光器在对话数据通信信道中发射第一信号；
b)通过第二光电子器件阵列中的波长可调的共振光电探测器来检测第一信号的强度；
c)由第二光电子器件阵列中的波长可调的激光器在对话数据通信信道中发射第二信号，使得第二信号传送关于第一信号的强度的信息；
d)通过第一光电子器件阵列中的波长可调的共振光电探测器来检测第二信号，使得检测到关于第一信号的强度的信息；和
e)调整第一光电子器件阵列中的波长可调的激光器的波长，直到第一信号的强度达到最大值为止。
CN200480019278.8A 2003-06-05 2004-06-01 基于激光器和共振光电探测器的智能波分多路复用系统 Pending CN1816995A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/455,186 2003-06-05
US10/455,186 US7075954B2 (en) 2001-05-29 2003-06-05 Intelligent wavelength division multiplexing systems based on arrays of wavelength tunable lasers and wavelength tunable resonant photodetectors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1816995A true CN1816995A (zh) 2006-08-09

Family

ID=33510411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200480019278.8A Pending CN1816995A (zh) 2003-06-05 2004-06-01 基于激光器和共振光电探测器的智能波分多路复用系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7075954B2 (zh)
EP (1) EP1639735A2 (zh)
JP (1) JP2006526891A (zh)
CN (1) CN1816995A (zh)
WO (1) WO2004109959A2 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102487176A (zh) * 2010-12-06 2012-06-06 财团法人工业技术研究院 波长可调型激光源装置、激光系统和激光源波长调制方法
CN103136405A (zh) * 2011-12-02 2013-06-05 深圳光启高等理工研究院 一种获得超材料折射率分布的方法及其装置
CN109921851A (zh) * 2019-04-12 2019-06-21 安徽安努奇科技有限公司 多载波信号探测器、接收设备和探测方法
CN110892596A (zh) * 2017-06-22 2020-03-17 通快光子元件有限公司 具有改进的增益开关特性的垂直腔表面发射激光器(vcsel)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005024961A1 (de) * 2003-08-29 2005-03-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungemittierendes halbleiterbauelement
TW200524236A (en) * 2003-12-01 2005-07-16 Nl Nanosemiconductor Gmbh Optoelectronic device incorporating an interference filter
US20050175345A1 (en) * 2004-01-26 2005-08-11 Mikihiro Shimada Wavelength multiplexing device and optical transmission module provided with the same
WO2005081050A1 (ja) * 2004-02-20 2005-09-01 Nec Corporation 変調器集積化光源およびその製造方法
JP2005252032A (ja) * 2004-03-04 2005-09-15 Furukawa Electric Co Ltd:The 面発光レーザ素子およびそれを用いたレーザモジュール
WO2005122349A1 (en) * 2004-06-07 2005-12-22 Nl Nanosemiconductor Gmbh Electrooptically wavelength-tunable resonant cavity optoelectronic device for high-speed data transfer
JP4820556B2 (ja) * 2005-02-02 2011-11-24 株式会社リコー 垂直共振器型面発光半導体レーザ装置および光送信モジュールおよび光伝送装置および光スイッチング方法
US7391800B2 (en) 2005-02-02 2008-06-24 Ricoh Company, Ltd. Vertical cavity surface-emitting semiconductor laser device, optical transmission module, optical transmission device, and optical switching method
JP4790287B2 (ja) * 2005-03-07 2011-10-12 株式会社リコー 垂直共振器型面発光半導体レーザ装置および光スイッチング方法および光送信モジュールおよび光伝送装置
JP4768289B2 (ja) * 2005-03-15 2011-09-07 株式会社リコー 面型光変調素子および面型光変調素子ユニットおよび面型光変調素子ユニットアレイ
JP4650631B2 (ja) * 2005-11-30 2011-03-16 ソニー株式会社 半導体発光装置
JPWO2007097110A1 (ja) 2006-02-24 2009-07-09 日本電気株式会社 光通信システムおよび光送信機
US7593436B2 (en) * 2006-06-16 2009-09-22 Vi Systems Gmbh Electrooptically Bragg-reflector stopband-tunable optoelectronic device for high-speed data transfer
US7508858B2 (en) * 2007-04-30 2009-03-24 The Research Foundation Of State University Of New York Detuned duo-cavity laser-modulator device and method with detuning selected to minimize change in reflectivity
WO2008140718A1 (en) * 2007-05-09 2008-11-20 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Curved coupled waveguide array and laser
US7772615B2 (en) * 2007-08-10 2010-08-10 Connector Optics Anti stark electrooptic medium and electrooptically modulated optoelectronic device based thereupon
US7580595B1 (en) 2008-05-09 2009-08-25 Technische Universitaet Berlin Data transmission optoelectric device
FR2938384B1 (fr) * 2008-11-13 2010-12-17 Centre Nat Rech Scient Systeme d'emission de lumiere suivant un mode polaritonique avec injection electrique de puits quantiques
JP2012019157A (ja) * 2010-07-09 2012-01-26 Furukawa Electric Co Ltd:The 光インターコネクションシステム
WO2013013220A2 (en) 2011-07-20 2013-01-24 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Photonic blood typing
US10031138B2 (en) 2012-01-20 2018-07-24 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Hierarchical films having ultra low fouling and high recognition element loading properties
WO2015094247A1 (en) * 2013-12-18 2015-06-25 Halliburton Energy Services Inc. Optical computing device having detector with non-planar semiconductor structure
US9998254B2 (en) * 2015-05-20 2018-06-12 Finisar Corporation Method and apparatus for hardware configured network
KR102420016B1 (ko) * 2015-08-28 2022-07-12 삼성전자주식회사 반사층을 가지는 광변조기
EP3477364B1 (en) 2017-10-31 2023-11-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Light emission device including output coupler and optical apparatus adopting the same
EP3477363B1 (en) 2017-10-31 2022-04-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical modulating device and apparatus including the same
US20200144792A1 (en) * 2018-11-06 2020-05-07 Vixar, Inc. Small pitch vcsel array
US11312068B2 (en) 2019-11-21 2022-04-26 Arevo, Inc. Heating system for fiber-reinforced thermoplastic feedstock and workpiece
US11383431B2 (en) 2019-11-21 2022-07-12 Arevo, Inc. Heating system for fiber-reinforced thermoplastic feedstock and workpiece
US11383430B2 (en) 2019-11-21 2022-07-12 Arevo, Inc. Heating system for fiber-reinforced thermoplastic feedstock and workpiece
US11390024B2 (en) 2019-11-21 2022-07-19 Arevo, Inc. Heating system for fiber-reinforced thermoplastic feedstock and workpiece

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0636621B2 (ja) * 1986-10-15 1994-05-11 日本電気株式会社 光交換機
US5283447A (en) * 1992-01-21 1994-02-01 Bandgap Technology Corporation Integration of transistors with vertical cavity surface emitting lasers
US5216686A (en) * 1992-02-03 1993-06-01 Motorola, Inc. Integrated HBT and VCSEL structure and method of fabrication
US5606572A (en) 1994-03-24 1997-02-25 Vixel Corporation Integration of laser with photodiode for feedback control
CA2153909C (en) * 1994-07-15 1999-11-16 Mitsuhiro Kitamura Wavelength-tunable semiconductor laser and fabrication process thereof
CA2185880C (en) 1995-09-19 2000-04-25 Masao Majima Communication system for performing wavelength division multiplexing communications, and wavelength control method used in the system
US6392256B1 (en) * 1996-02-01 2002-05-21 Cielo Communications, Inc. Closely-spaced VCSEL and photodetector for applications requiring their independent operation
US6001664A (en) * 1996-02-01 1999-12-14 Cielo Communications, Inc. Method for making closely-spaced VCSEL and photodetector on a substrate
US5976905A (en) * 1996-02-16 1999-11-02 Cielo Communications, Inc. Method of manufacturing VCSEL arrays using vapor phase epitaxy to achieve uniform device-to-device operating characteristics
US5903590A (en) * 1996-05-20 1999-05-11 Sandia Corporation Vertical-cavity surface-emitting laser device
US5812581A (en) * 1996-07-26 1998-09-22 Honeywell Inc. Lens for a semiconductive device with a laser and a photodetector in a common container
FR2753577B1 (fr) * 1996-09-13 1999-01-08 Alsthom Cge Alcatel Procede de fabrication d'un composant optoelectronique a semiconducteur et composant et matrice de composants fabriques selon ce procede
US6031243A (en) * 1996-10-16 2000-02-29 Geoff W. Taylor Grating coupled vertical cavity optoelectronic devices
US6026108A (en) 1996-10-16 2000-02-15 The Regents Of The University Of California Vertical-cavity surface-emitting laser with an intracavity quantum-well optical absorber
US6064683A (en) * 1997-12-12 2000-05-16 Honeywell Inc. Bandgap isolated light emitter
US6088376A (en) * 1998-03-16 2000-07-11 California Institute Of Technology Vertical-cavity-surface-emitting semiconductor devices with fiber-coupled optical cavity
US5949801A (en) * 1998-07-22 1999-09-07 Coretek, Inc. Tunable laser and method for operating the same
US6160834A (en) * 1998-11-14 2000-12-12 Cielo Communications, Inc. Vertical cavity surface emitting lasers with consistent slope efficiencies
US6445495B1 (en) * 1999-03-22 2002-09-03 Genoa Corporation Tunable-gain lasing semiconductor optical amplifier
EP1041761A3 (en) 1999-03-31 2005-07-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Wavelength tunable filter apparatus
AU5866300A (en) 1999-04-27 2000-11-10 Gore Enterprise Holdings, Inc. Postgrowth adjustment of cavity spectrum for semiconductor lasers and detectors
US6411638B1 (en) * 1999-08-31 2002-06-25 Honeywell Inc. Coupled cavity anti-guided vertical-cavity surface-emitting laser
US6746777B1 (en) * 2000-05-31 2004-06-08 Applied Optoelectronics, Inc. Alternative substrates for epitaxial growth
US6631019B1 (en) 2000-07-05 2003-10-07 Sri International Reconfigurable multichannel transmitter for dense wavelength division multiplexing (DWDM) optical communication
US6636544B2 (en) * 2000-12-06 2003-10-21 Applied Optoelectronics, Inc. Overlapping wavelength-tunable vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL) arrays
US6836501B2 (en) * 2000-12-29 2004-12-28 Finisar Corporation Resonant reflector for increased wavelength and polarization control
US6546029B2 (en) * 2001-03-15 2003-04-08 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne Micro-electromechanically tunable vertical cavity photonic device and a method of fabrication thereof
US6611539B2 (en) * 2001-05-29 2003-08-26 Nsc Nanosemiconductor Gmbh Wavelength-tunable vertical cavity surface emitting laser and method of making same
US20020181515A1 (en) * 2001-05-31 2002-12-05 Kennet Vilhemsson Apparatus and method for controlling the operating wavelength of a laser diode
US20030087121A1 (en) * 2001-06-18 2003-05-08 Lawrence Domash Index tunable thin film interference coatings
US6697413B2 (en) * 2001-10-31 2004-02-24 Applied Optoelectronics, Inc. Tunable vertical-cavity surface-emitting laser with tuning junction
US7026178B2 (en) * 2001-11-13 2006-04-11 Applied Optoelectronics, Inc. Method for fabricating a VCSEL with ion-implanted current-confinement structure
US6768827B2 (en) * 2002-01-16 2004-07-27 The Regents Of The University Of California Integrated optical router
US6795478B2 (en) * 2002-03-28 2004-09-21 Applied Optoelectronics, Inc. VCSEL with antiguide current confinement layer

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102487176A (zh) * 2010-12-06 2012-06-06 财团法人工业技术研究院 波长可调型激光源装置、激光系统和激光源波长调制方法
CN103136405A (zh) * 2011-12-02 2013-06-05 深圳光启高等理工研究院 一种获得超材料折射率分布的方法及其装置
CN103136405B (zh) * 2011-12-02 2016-03-02 深圳光启高等理工研究院 一种获得超材料折射率分布的方法及其装置
CN110892596A (zh) * 2017-06-22 2020-03-17 通快光子元件有限公司 具有改进的增益开关特性的垂直腔表面发射激光器(vcsel)
CN110892596B (zh) * 2017-06-22 2021-08-10 通快光电器件有限公司 具有改进的增益开关特性的垂直腔表面发射激光器(vcsel)
US11411374B2 (en) 2017-06-22 2022-08-09 Trumpf Photonic Components Gmbh Vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) with improved gain-switching behavior
CN109921851A (zh) * 2019-04-12 2019-06-21 安徽安努奇科技有限公司 多载波信号探测器、接收设备和探测方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004109959A2 (en) 2004-12-16
US7075954B2 (en) 2006-07-11
WO2004109959A3 (en) 2005-04-14
JP2006526891A (ja) 2006-11-24
US20030206741A1 (en) 2003-11-06
EP1639735A2 (en) 2006-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1816995A (zh) 基于激光器和共振光电探测器的智能波分多路复用系统
CN1643752A (zh) 倾斜空腔半导体激光器及其制造方法
Phelan et al. ${\rm In} _ {0.75}{\rm Ga} _ {0.25}{\rm As}/{\rm InP} $ Multiple Quantum-Well Discrete-Mode Laser Diode Emitting at 2$\mu {\rm m} $
JP2009518833A (ja) 広帯域スペクトル発光を有するレーザ光源
JP2003202529A (ja) 半導体光変調器および半導体発光装置および波長可変レーザ装置および多波長レーザ装置および光伝送システム
US7457339B2 (en) Semiconductor laser apparatus
CN1220312C (zh) 半导体激光模块和具有光反馈功能的半导体激光装置
US6625187B1 (en) Semiconductor optical device and method of manufacturing the same
JP5698267B2 (ja) 半導体デバイス
US7733933B2 (en) Wavelength tunable laser apparatus and wavelength control method
US11513420B2 (en) Radiation source for emitting terahertz radiation
US7561607B2 (en) Laser source with broadband spectrum emission
Pierściński et al. Room temperature, single mode emission from two-section coupled cavity InGaAs/AlGaAs/GaAs quantum cascade laser
CN105830292A (zh) 半导体激光器阵列、半导体激光器元件、半导体激光器模块、以及波长可变激光器组件
JP4321970B2 (ja) 半導体光増幅器およびａｓｅ放射用光源装置および光ゲートアレイおよび波長可変レーザ装置および多波長レーザ装置および光伝送システム
JP2007219561A (ja) 半導体発光装置
US20200185885A1 (en) Unipolar light devices integrated with foreign substrates and methods of fabrication
CN1778022A (zh) 频率转换装置及方法
US7852897B2 (en) Semiconductor laser optical integrated semiconductor device
Broda et al. Growth and characterization of InP-based 1750 nm emitting membrane external-cavity surface-emitting laser
CN1278464C (zh) 半导体激光元件及使用它的激光模块
Fujii et al. Direct Modulation of 16-ch Two-Dimensionally Arrayed Membrane Lasers on Si
CN1663087A (zh) 半导体激光器装置、半导体激光器模块及光纤放大器
Geske et al. Long-wavelength two-dimensional WDM vertical cavity surface-emitting laser arrays fabricated by nonplanar wafer bonding
US20230231364A1 (en) Weak Index Guiding of Interband Cascade Lasers

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication