DE10105731A1 - Laserstruktur und Verfahren zur Einstellung einer definierten Wellenlänge - Google Patents

Laserstruktur und Verfahren zur Einstellung einer definierten Wellenlänge

Info

Publication number
DE10105731A1
DE10105731A1 DE10105731A DE10105731A DE10105731A1 DE 10105731 A1 DE10105731 A1 DE 10105731A1 DE 10105731 A DE10105731 A DE 10105731A DE 10105731 A DE10105731 A DE 10105731A DE 10105731 A1 DE10105731 A1 DE 10105731A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
resonator
laser structure
resonators
ring
structure according
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.)
Ceased
Application number
DE10105731A
Other languages
English (en)
Inventor
Bernhard Stegmueller
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.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
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 Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE10105731A priority Critical patent/DE10105731A1/de
Priority to EP02706629A priority patent/EP1358701A2/de
Priority to PCT/DE2002/000259 priority patent/WO2002063732A2/de
Priority to KR10-2003-7010410A priority patent/KR20030077016A/ko
Priority to US10/467,191 priority patent/US20040114658A1/en
Priority to JP2002563572A priority patent/JP2004525507A/ja
Priority to TW091102005A priority patent/TW522620B/zh
Publication of DE10105731A1 publication Critical patent/DE10105731A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

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
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • 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
    • H01S5/1071—Ring-lasers
    • 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
    • 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
    • H01S5/1028—Coupling to elements in the cavity, e.g. coupling to waveguides adjacent the active region, e.g. forward coupled [DFC] structures
    • H01S5/1032—Coupling to elements comprising an optical axis that is not aligned with the optical axis of the active region
    • 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
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • H01S5/142—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon which comprises an additional resonator

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserstruktur auf einem Halbleitersubstrat, die einen ersten Resonator und einen zweiten Resonator aufweist. Der zweite Resonator ist als Ringresonator ausgebildet und in zumindest einem gemeinsamen Abschnitt im Wesentlichen mit konstantem Abstand zu dem ersten Resonator neben dem ersten Resonator angeordnet. Dadurch ist der zweite Resonator derart an den ersten Resonator gekoppelt, dass sich in dem ersten Resonator eine stehende Welle mit einer definierten Wellenlänge ausbilden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laserstruktur und ein Verfahren zur Einstellung einer definierten Wellenlänge.
Eine Laserdiode mit einstellbarer schmalbandiger Emissionswellenlänge ist eine Schlüsselkomponente in der optischen Signalübertragungs- und Signalverarbeitungstechnik. Die Einstellung einer definierten Emissionswellenlänge und die Einkopplung von verschiedenen Signalen mit unterschiedlichen Wellenlängen (sogenannten Trägerfrequenzen) ist notwendig, um eine extrem hohe Datenübertragungsrate von größer 1 TBit/s erreichen zu können.
Es ist eine Laserdiode bekannt, bei der die Wellenlängenauswahl mit Hilfe einer Distributed-Feedback- oder Distributed-Bragg-Reflector-Struktur durchgeführt wird. Bei einer solchen Struktur wird eine Lichtwelle in einem lichtleitenden Streifen oder Film, der gleichzeitig der aktive Bereich ist, erzeugt und geführt. Die Führung längs des Films wird durch Brechzahlunterschiede zwischen Kernbereich und Mantelbereich bewirkt. Durch periodische Variation der Dicke des Kernbereichs kommt es gemäß der Bragg-Bedingung zur Lichtstreuung sowie zur Interferenz eines Teils der erzeugten Wellenlängen.
Bei einer Distributed-Bragg-Reflector-Struktur wird die periodische Variation der Kernbereichsdicke an den Endbereichen des aktiven optischen Films an Stelle von Resonatorspiegeln eingesetzt, wodurch gezielt Licht einer bestimmten Wellenlänge durch Reflexion ausgewählt und dann verstärkt werden kann.
Bei einer Distributed-Feedback-Struktur hingegen ist die periodische Variation der Kernbereichsdicke längs des ganzen aktiven optischen Films ausgebreitet, wodurch eine optische Anregung gezielt nur bei einer bestimmten Wellenlänge erfolgt.
Die Einstellung der Laserwellenlänge erfolgt meistens dadurch, dass die Resonanzwellenlänge im Laserresonator durch physikalische Einwirkung abgestimmt wird. Beispielsweise kann die Resonanzwellenlänge mittels des Stromflusses durch den aktiven optischen Film, mittels der am aktiven optischen Film anliegenden Spannung oder mittels der im aktiven optischen Film herrschenden Temperatur beeinflusst werden.
Alternativ kann die Einstellung der Laserwellenlänge durch Verkopplung verschiedener linearer Einzelresonatoren erfolgen, so dass bestimmte Wellenlängen bevorzugt sind. Die bekanntesten linearen Einzelresonatoren sind der Fabry-Perot- Resonator, der Distributed-Feedback-Resonator und der Distributed-Bragg-Reflector-Resonator. Der Distributed-Bragg- Reflector-Resonator ist ein Resonator mit parallelen Resonatorspiegeln, der vor allem bei oberflächenemittierenden Lasern (VCSEL = vertical cavity surface emitting laser) Anwendung findet, wobei die Resonatorspiegel auf den Endflächen des VCSEL-Substrats angeordnet sind.
Durch eine relativ schwache Kopplung zwischen den linearen Einzelresonatoren ist es erforderlich, dass die Ausdehnungen der optischen Bauelemente mit den linearen Einzelresonatoren mehrere 100 µm betragen. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn die Wellenausbreitung in der Ebene der gewachsenen Epitaxieschichten, mit denen die optischen Bauelemente hergestellt werden, erfolgt.
Eine Kombination von gekoppelten linearen Einzelresonatoren mit einer physikalischen Einwirkung auf die Resonanzfrequenz der einzelnen linearen Einzelresonatoren ermöglicht zwar eine schmalbandige Emissionswellenlänge, führt dafür jedoch zu einer großen Bauelementgröße von bis zu mehreren 0,01 mm2. Außerdem ist die Herstellung von linearen Einzelresonatoren sehr aufwändig und damit kostenintensiv. Dies liegt bei dem Distributed-Feedback-Resonator und dem Distributed-Bragg- Reflector-Resonator an der diffizilen periodischen Variation der Kernbereichsdicke und bei dem Fabry-Perot-Resonator an der schwierigen Herstellung optisch hochreflektierender, paralleler Spiegel an den Resonatorenden.
Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, eine Laserstruktur sowie ein Verfahren zur Einstellung einer definierten Wellenlänge anzugeben, mit der/dem verglichen mit dem beschriebenen Stand der Technik trotz geringerer Bauelementgröße eine schmalbandigere Emissionswellenlänge erreicht werden kann.
Das Problem wird durch eine Laserstruktur sowie durch ein Verfahren zur Einstellung einer definierten Wellenlänge mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Eine Laserstruktur auf einem Halbleitersubstrat weist auf einen ersten Resonator und einen zweiten Resonator. Der zweite Resonator ist als Ringresonator ausgebildet und in zumindest einem gemeinsamen Abschnitt im wesentlichen mit konstantem Abstand zu dem ersten Resonator neben dem ersten Resonator angeordnet. Dadurch ist der zweite Resonator derart an den ersten Resonator gekoppelt, dass sich in dem ersten Resonator eine stehende Welle mit einer definierten Wellenlänge ausbilden kann.
Der gemeinsame Abschnitt, in dem der zweite Resonator im wesentlichen mit konstantem Abstand zu dem ersten Resonator neben dem ersten Resonator angeordnet ist, weist eine Länge von mindestens mehreren Wellenlängen der emittierten Laserstrahlung auf, damit ein ausreichender Überlapp der optischen Wellenfunktionen der beiden Resonanzwellen gewährleistet ist. Dieser Überlapp beeinflusst die Resonanzfrequenzen der beiden Resonatoren und ermöglicht somit die Einstellung der emittierten Laserstrahlung.
Bei einem Verfahren zur Einstellung einer definierten Wellenlänge werden folgende Schritte durchgeführt: In einer Laserstruktur auf einem Halbleitersubstrat wird ein erster Resonator bereitgestellt. Ein Ringresonator, ein Distributed- Feedback-Resonator oder ein Distributed-Bragg-Reflector- Resonator wird als zweiter Resonator in zumindest einem gemeinsamen Abschnitt im wesentlichen mit konstantem Abstand zu dem ersten Resonator neben dem ersten Resonator angeordnet. Der zweite Resonator wird derart an den ersten Resonator gekoppelt, dass sich in dem ersten Resonator eine stehende Welle mit einer definierten Wellenlänge ausbilden kann.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die erfindungsgemäße Laserstruktur eine Bauelementgröße von einigen 100 µm2, bevorzugt eine maximale Bauelementgröße von 100 µm2, aufweist, wobei die tatsächliche Bauelementgröße von der Anzahl der Resonatoren, von der gewünschten Wellenlänge und von den verwendeten Bauelementmaterialien abhängt. Damit ist die erfindungsgemäße Laserstruktur zum Einsatz in einer hochintegrierten Schaltung (VLSI-Schaltung = very large scale integration) geeignet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich bei der Verwendung von verschieden großen Ringresonatoren durch Ineinanderschachteln derselben, wodurch eine Verkopplung der Resonatoren auf engstem Raum ermöglicht und somit eine weitere Verringerung der Bauelementgröße erreicht wird. Bei Verkopplung von Resonatoren, deren Resonanzwellenlängen sich nur um wenige Prozent unterscheiden, kann überdies eine Einstellung der gewünschten Emissionswellenlänge auf der Basis des Nonius-Effektes erfolgen. Je nach gewünschter Emissionswellenlänge werden dann mehr oder weniger Resonatoren durch als Schaltelemente wirkende weitere Resonatoren miteinander verkoppelt.
Schließlich ergibt sich noch als weiterer Vorteil, dass bei Verwendung von reinen Ringresonatoren in der Erfindung der Herstellungsaufwand für die Resonatoren reduziert wird. Dies liegt daran, dass dann durch den Verzicht auf Distributed- Feedback- und Distributed-Bragg-Reflector-Resonatoren keine diffizilen periodischen Variationen der Kernbereichsdicke und durch den Verzicht auf Fabry-Perot-Resonatoren keine optisch hochreflektierenden, parallelen Spiegel an den Resonatorenden hergestellt werden müssen. Dadurch werden folglich auch die Herstellungskosten für das optische Bauelement deutlich reduziert.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Laserstruktur derart eingerichtet, dass die Kopplung des zweiten Resonators an den ersten Resonator durch mindestens einen äußeren Parameter verändert werden kann. Eine derart vorgesehene Laserstruktur ermöglicht es dem Nutzer, Einfluss auf die definierte Wellenlänge im ersten Resonator nehmen zu können. In Abhängigkeit des äußeren Parameters lässt sich die Resonanzfrequenz des zweiten Resonators variabel einstellen. Durch die Kopplung des zweiten Resonators an den ersten Resonator kann im ersten Resonator eine definierte Laserwellenlänge eingestellt werden.
Zur Gruppe der äußeren Parameter gehören vorzugsweise der Stromfluss, die Temperatur und die anliegende Spannung.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Laserstruktur ist an den ersten Resonator direkt oder über den zweiten Resonator mindestens ein weiterer Ringresonator gekoppelt. Durch die direkte oder indirekte Ankopplung weiterer Resonatoren an den ersten Resonator lässt sich eine höhere Genauigkeit bei der Einstellung der definierten Laserwellenlänge im ersten Resonator erreichen.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Laserstruktur ist zu dem ersten Resonator und zu dem zweiten Resonator mindestens ein weiterer Resonator benachbart angeordnet. Der weitere Resonator ermöglicht eine Steuerung der Kopplung zwischen erstem Resonator und zweitem Resonator. Beispielsweise kann der weitere Resonator als Schaltelement verwendet werden, welches die Kopplung zwischen erstem Resonator und zweitem Resonator ein- und ausschalten kann und somit die Einstellung der definierten Laserwellenlänge im ersten Resonator beeinflusst.
Die erfindungsgemäße Laserstruktur ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass der zweite Resonator und jeder weitere Ringresonator jeweils als Wellenlängenfilter auf den ersten Resonator wirken.
Vorzugsweise sind in der erfindungsgemäßen Laserstruktur der zweite Resonator und jeder weitere Resonator jeweils als Distributed-Feedback-Resonator oder als Distributed-Bragg- Reflector-Resonator ausgebildet.
Bei allen Resonatoren besteht der elektrooptisch aktive Resonatorbereich aus einer Quantentopfstruktur (QW = quantum well) oder einer Quantenpunktstruktur (QD = quantum dot) aus II-VI-, III-V-, oder IV-IV-Halbleitermaterialien. Die Ringresonatoren können Stegwellenleiter, vergrabene Wellenleiter und/oder photonische Kristalle (quasi- zweidimensional und quasi-dreidimensional) aufweisen. Teile der Ringresonatoren oder auch einzelne oder mehrere Ringresonatoren können dabei auch aus passiven Wellenleitern bestehen.
Auf die Verstärkung, die Absorption, die Modulation und die Detektion in Teilen oder dem gesamten Wellenleiter im jeweiligen Resonator kann über elektrische Kontakte mittels Ladungsträgerinjektion durch den Stromfluss, mittels Temperaturveränderung durch Heizelemente und mittels der anliegenden Spannung durch den quantisierten Stark-Effekt (quantum confined stark effect) eingewirkt werden. Bei einer Temperaturveränderung ändern sich die Brechungsindizes der Wellenleiterbestandteile. Entsprechend der vorgenommenen Variation ändert sich im jeweiligen Resonator die zugehörige Resonanzfrequenz und somit die von der Laserstruktur emittierte Laserwellenlänge.
Die erfindungsgemäße Laserstruktur basiert auf einem Substrat, in das die Laserstruktur integriert ist oder auf das die Laserstruktur aufgewachsen ist. Als Material für das Substrat können beispielsweise II-VI-, III-V-, oder IV-IV- Halbleitermaterialien gewählt werden. Eine Herstellung der erfindungsgemäßen Laserstruktur ist mittels üblichen Herstellungsverfahren in der Halbleiterproduktion möglich. Dazu gehören beispielsweise Ätzung, Diffusion, Dotierung, Epitaxie, Implantation und Lithographie.
Die Verkopplung des zweiten Resonators mit den weiteren Resonatoren kann verschachtelt, d. h. in Platz sparender Form, erfolgen, wobei sich dazu die Struktur von Ringresonatoren besonders eignet. Als Formen für Ringresonatoren sind beispielsweise Kreise, Ellipsen und Vielecke möglich, die jeweils in einer Ebene benachbart und mit unterschiedlichen Größen ineinandergeschachtelt angeordnet sind. Dabei ist die geometrische Form der Ringresonatoren nur zweitrangig, solange jeder Resonator die Form eines geschlossenen Rings aufweist.
Ebenso ist eine dreidimensionale Anordnung der Resonatoren möglich, d. h. einige Resonatoren sind innerhalb einer Ebene benachbart angeordnet, während in einer parallelen Ebene weitere Resonatoren benachbart angeordnet sind, die auch konzentrisch zu den benachbarten Resonatoren ausgebildet sein können. Bei gleichem Abstand der Resonatoren ist eine Kopplung von Resonatoren in parallelen Ebenen aus epitaktischen Gründen um mindestens einen Faktor 10 besser als eine Kopplung von Resonatoren innerhalb einer Ebene.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten.
Es zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Laserstruktur gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Laserstruktur aus Fig. 1 entlang der Schnittlinie A-A;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Laserstruktur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Laserstruktur gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 5 einen Querschnitt durch die Laserstruktur aus Fig. 4 entlang der Schnittlinie B-B.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Laserstruktur 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Laserstruktur 100 weist zur Emission der Laserstrahlung einen Fabry-Perot-Resonator 110 auf, bei dem sich ein aktiver Resonatorbereich 111, der über einen elektrischen Kontakt 113 mit elektrischer Energie versorgt wird, zwischen zwei zueinander parallel angeordneten Resonatorspiegeln 112 befindet.
An den Fabry-Perot-Resonator 110 ist zur Einstellung der emittierten Laserstrahlung ein erster Ringresonator 120 gekoppelt. Der erste Ringresonator 120 hat in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken. Der erste Ringresonator 120 ist auf einer seiner beiden Längsseiten parallel und damit mit konstantem Abstand zu dem Fabry-Perot-Resonator 110 neben dem Fabry-Perot-Resonator 110 angeordnet und wirkt als Wellenlängenfilter auf die vom Fabry-Perot-Resonator 110 emittierte Laserstrahlung. Zur Energieversorgung des ersten Ringresonators 120 ist ein elektrischer Kontakt 121 am ersten Ringresonator 120 vorgesehen.
In dem vom ersten Ringresonator 120 eingeschlossenen Gebiet der Laserstruktur 100 sind in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung acht zweite Ringresonatoren 130 mit jeweils einem elektrischen Kontakt 121 derart angeordnet, dass die zweiten Ringresonatoren 130 durch Kopplung miteinander in Wechselwirkung treten können. Dadurch wird eine Einstellung der Resonanzfrequenz des zweiten Ringresonators 120 und damit eine genauere Wellenlängeneinstellung für den Laserlicht emittierenden Fabry-Perot-Resonator 110 ermöglicht.
Innerhalb eines jeden zweiten Ringresonators 130 ist ein dritter Ringresonator 140 mit einem elektrischen Kontakt 121 benachbart angeordnet, wobei die dritten Ringresonatoren 140 einen geringeren Durchmesser als die zweiten Ringresonatoren 130 aufweisen. Dabei koppelt jeder dritte Ringresonator 140 primär vor allem mit dem jeweils umgebenden zweiten Ringresonator 130.
Weiterhin sind in dem vom ersten Ringresonator 120 eingeschlossenen Gebiet der Laserstruktur 100 zwei erste Steuerresonatoren 150 und vier zweite Steuerresonatoren 160 mit jeweils einem elektrischen Kontakt 121 derart angeordnet, dass die Kopplung der einzelnen Ringresonatoren untereinander ein- und ausgeschaltet werden kann. Somit ist eine genaue Einstellung der Resonanzfrequenz im ersten Ringresonator 120 und folglich einer schmalbandigen Emissionswellenlänge für die gesamte Laserstruktur 100 möglich.
Zur Verdeutlichung der Anordnung der Laserstruktur 100 zeigt Fig. 2 einen Querschnitt 200 durch die in Fig. 1 gezeigte Laserstruktur 100 entlang der Schnittlinie A-A. Im Querschnitt 200 wird deutlich, dass die Laserstruktur 100 auf einem Substrat 201 basiert.
Weiterhin ist je ein Querschnitt durch den aktiven Resonatorbereich 111 des Fabry-Perot-Resonators 110 und durch den ersten Ringresonator 120 dargestellt. Die beiden Resonatoren sind in einer Ebene parallel zur Oberfläche des Substrats 201 benachbart angeordnet und durch Isolationsmaterial 202 voneinander sowie gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert. Als Isolationsmaterial 202 kann ein dielektrisches Material gewählt werden. Alternativ kann auf das Isolationsmaterial 202 auch ganz verzichtet werden, weshalb dann die Isolation durch Luft zu bewerkstelligen ist.
Die beiden Resonatoren werden durch die elektrischen Kontakte 113 und 121 mit elektrischer Energie versorgt, wobei die Resonatoren vom elektrischen Energiefluss 203 transversal durchflossen werden. Die beiden dargestellten Resonatoren weisen eine Breite von bis zu 20 µm und einen Abstand von bis zu 5 µm zueinander auf.
Die Kopplung der Resonatoren erfolgt auf Grund eines optischen Überlapps der beiden Resonanzwellenlängen, wodurch ein optischer Energiefluss 204 zwischen den beiden Resonatoren ermöglicht wird.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Laserstruktur 300 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Im Unterschied zur Laserstruktur 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Laserlicht von einem gebogenen Resonator 310 mit einem aktiven Resonatorbereich 311, Resonatorspiegeln 312 und einem elektrischen Kontakt 313 emittiert.
Innerhalb des ersten Ringresonators 320 sind zweite Ringresonatoren 330 mit geringerer Größe angeordnet, wobei in einen der zweiten Ringresonatoren 330 ein dritter Ringresonator 340 ineinandergeschachtelt angeordnet ist.
Damit eine Kopplungsmöglichkeit zwischen dem ersten Ringresonator 320, den zweiten Ringresonatoren 330 und dem dritten Ringresonator 340 sowie vor allem an den gebogenen Resonator 310 geschaffen wird, haben die Ringresonatoren in diesem Ausführungsbeispiel eine elliptische Form. Somit sind die Ringresonatoren untereinander sowie zum gebogenen Resonator 310 jeweils zumindest in einem gemeinsamen Abschnitt im wesentlichen mit konstantem Abstand zueinander nebeneinander angeordnet.
Die Laserstruktur 300 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist durch die Verschachtelung der Ringresonatoren ebenso wie die Laserstruktur 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen geringen Platzbedarf auf einem Halbleitersubstrat auf.
In Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine Laserstruktur 400 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.
Auf die in Fig. 1 bereits beschriebenen Komponenten wird hier nicht erneut eingegangen.
Die Laserstruktur 400 dieses Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der Laserstruktur 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch folgende Merkmale:
  • - Der erste Ringresonator 410 mit den verschachtelten zweiten Ringresonatoren 420 ist in einer Ebene parallel zur Ebene des Fabry-Perot-Resonators 110 benachbart angeordnet. Zur Erläuterung wird auf die Fig. 5 verwiesen.
  • - Eine Gruppe ineinandergeschachtelter dritter Ringresonatoren 430 und eine Gruppe ineinandergeschachtelter vierter Ringresonatoren 440 sind zusätzlich zum ersten Ringresonator 410 direkt an den Fabry-Perot-Resonator 110 gekoppelt.
  • - Die zweiten Ringresonatoren 420, die dritten Ringresonatoren 430 und die vierten Ringresonatoren 440 weisen die Form von Sechsecken auf.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt 500 durch die in Fig. 4 gezeigte Laserstruktur 400 entlang der Schnittlinie B-B. In dieser Darstellung wird vor allem die Anordnung der Resonatoren in mehreren Ebenen deutlich.
Auf die in den vorangegangenen Figuren bereits beschriebenen Komponenten wird hier nicht erneut eingegangen.
Durch die Anordnung der Resonatoren in mehreren parallelen Ebenen erfolgt zum einen eine Kopplung der Resonatoren innerhalb einer Ebene, wodurch ein horizontaler optischer Energiefluss 501 zwischen dem ersten Ringresonator 410 und den zweiten Ringresonatoren 420 ermöglicht wird, und zum anderen eine Kopplung der Resonatoren zwischen benachbarten Ebenen, wodurch ein vertikaler optischer Energiefluss 502 zwischen dem aktiven Resonatorbereich 111 des Fabry-Perot- Resonators 110 und dem ersten Ringresonator 410 ermöglicht wird.
Somit ergibt sich die emittierte Laserwellenlänge aus einer Mischung der einzelnen Kopplungen an den emittierenden Resonator, d. h. einem mehrfachen Überlapp der optischen Wellenfunktionen der Resonanzwellen der verschiedenen Resonatoren.
Bezugszeichenliste
100
Laserstruktur gemäß erster Ausführungsform
110
Fabry-Perot-Resonator
111
aktiver Resonatorbereich
112
Resonatorspiegel
113
elektrischer Kontakt
120
erster Ringresonator
121
elektrischer Kontakt
130
zweite Ringresonatoren
140
dritte Ringresonatoren
150
erste Schaltresonator
160
zweite Schaltresonatoren
200
Querschnitt durch Laserstruktur
100
entlang A-A
201
Substrat
202
Isolationsmaterial
203
elektrischer Energiefluss
204
optischer Energiefluss
300
Laserstruktur gemäß zweiter Ausführungsform
310
gebogener Resonator
311
aktiver Resonatorbereich
312
Resonatorspiegel
313
elektrischer Kontakt
320
erster Ringresonator
330
zweite Ringresonatoren
340
dritter Ringresonator
400
Laserstruktur gemäß dritter Ausführungsform
410
erster Ringresonator
420
zweite Ringresonatoren
430
dritte Ringresonatoren
440
vierte Ringresonatoren
500
Querschnitt durch Laserstruktur
400
entlang B-B
501
horizontaler optischer Energiefluss
502
vertikaler optischer Energiefluss

Claims (8)

1. Laserstruktur auf einem Halbleitersubstrat,
mit einem ersten Resonator und einem zweiten Resonator,
bei der der zweite Resonator als Ringresonator ausgebildet ist, und
bei der der zweite Resonator in zumindest einem gemeinsamen Abschnitt im wesentlichen mit konstantem Abstand zu dem ersten Resonator neben dem ersten Resonator angeordnet ist,
wodurch der zweite Resonator derart an den ersten Resonator gekoppelt ist, dass sich in dem ersten Resonator eine stehende Welle mit einer definierten Wellenlänge ausbilden kann.
2. Laserstruktur gemäß Anspruch 1, bei der die Kopplung des zweiten Resonators an den ersten Resonator durch mindestens einen äußeren Parameter verändert werden kann, wodurch Einfluss auf die definierte Wellenlänge im ersten Resonator genommen werden kann.
3. Laserstruktur gemäß Anspruch 2, bei der zur Gruppe der äußeren Parameter der Stromfluss, die Temperatur und die anliegende Spannung gehören.
4. Laserstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der an den ersten Resonator direkt oder über den zweiten Resonator mindestens ein weiterer Ringresonator gekoppelt ist.
5. Laserstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der mindestens ein weiterer Resonator zu dem ersten Resonator und zu dem zweiten Resonator benachbart angeordnet ist, der eine Steuerung der Kopplung zwischen erstem Resonator und zweitem Resonator ermöglicht.
6. Laserstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der zweite Resonator und jeder weitere Ringresonator jeweils als Wellenlängenfilter auf den ersten Resonator wirkend eingerichtet sind.
7. Laserstruktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der zweite Resonator und jeder weitere Resonator jeweils als Distributed-Feedback-Resonator oder als Distributed-Bragg-Reflector-Resonator ausgebildet sind.
8. Verfahren zur Einstellung einer definierten Wellenlänge mit folgenden Schritten:
  • - Bereitstellen eines ersten Resonators in einer Laserstruktur auf einem Halbleitersubstrat,
  • - Anordnen eines Ringresonators, eines Distributed- Feedback-Resonators oder eines Distributed-Bragg- Reflector-Resonators als zweiten Resonator in zumindest einem gemeinsamen Abschnitt im wesentlichen mit konstantem Abstand zu dem ersten Resonator neben dem ersten Resonator, und
  • - Koppeln des zweiten Resonators derart an den ersten Resonator, dass sich in dem ersten Resonator eine stehende Welle mit einer definierten Wellenlänge ausbilden kann.
DE10105731A 2001-02-08 2001-02-08 Laserstruktur und Verfahren zur Einstellung einer definierten Wellenlänge Ceased DE10105731A1 (de)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10105731A DE10105731A1 (de) 2001-02-08 2001-02-08 Laserstruktur und Verfahren zur Einstellung einer definierten Wellenlänge
EP02706629A EP1358701A2 (de) 2001-02-08 2002-01-25 Laserstruktur und verfahren zur einstellung einer definierten wellenlänge
PCT/DE2002/000259 WO2002063732A2 (de) 2001-02-08 2002-01-25 Laserstruktur und verfahren zur einstellung einer definierten wellenlänge
KR10-2003-7010410A KR20030077016A (ko) 2001-02-08 2002-01-25 일정 파장을 설정하기 위한 레이저 구조체 및 방법
US10/467,191 US20040114658A1 (en) 2001-02-08 2002-01-25 Laser structure and method for adjusting a defined wavelength
JP2002563572A JP2004525507A (ja) 2001-02-08 2002-01-25 レーザー構造および所定波長の調節方法
TW091102005A TW522620B (en) 2001-02-08 2002-02-05 Laser structure and method for setting a defined wavelength

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10105731A DE10105731A1 (de) 2001-02-08 2001-02-08 Laserstruktur und Verfahren zur Einstellung einer definierten Wellenlänge

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10105731A1 true DE10105731A1 (de) 2002-09-05

Family

ID=7673283

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10105731A Ceased DE10105731A1 (de) 2001-02-08 2001-02-08 Laserstruktur und Verfahren zur Einstellung einer definierten Wellenlänge

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20040114658A1 (de)
EP (1) EP1358701A2 (de)
JP (1) JP2004525507A (de)
KR (1) KR20030077016A (de)
DE (1) DE10105731A1 (de)
TW (1) TW522620B (de)
WO (1) WO2002063732A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004034528A2 (en) * 2002-10-09 2004-04-22 Lambda Crossing Ltd. Optical filtering device and method

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4774761B2 (ja) 2005-03-03 2011-09-14 日本電気株式会社 波長可変共振器、波長可変レーザ、光モジュール及びそれらの制御方法
JP4945907B2 (ja) 2005-03-03 2012-06-06 日本電気株式会社 波長可変レーザ
US9529153B2 (en) * 2015-05-01 2016-12-27 Xyratex Technology Limited Optical apparatus including nested resonator
US11239634B2 (en) * 2016-02-29 2022-02-01 Unm Rainforest Innovations Ring laser integrated with silicon-on-insulator waveguide
KR20210150225A (ko) * 2020-06-03 2021-12-10 삼성전자주식회사 파장 가변 레이저 광원 및 이를 포함하는 광 조향 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04349682A (ja) * 1991-05-27 1992-12-04 Fujitsu Ltd 結合モード型半導体レーザ

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5398256A (en) * 1993-05-10 1995-03-14 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Interferometric ring lasers and optical devices
EP1058358B1 (de) * 1999-05-17 2008-10-29 Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Wellenlängenabstimmbare integrierte Halbleiterlaser-Vorrichtung
IL132385A0 (en) * 1999-10-14 2001-03-19 Lambda Crossing Ltd An integrated optical device for data communications

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04349682A (ja) * 1991-05-27 1992-12-04 Fujitsu Ltd 結合モード型半導体レーザ

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Appl.Phys.Lett. 66, (20), May 1995, S. 2608-2610 *
Opt.Lett., Vol. 22,No. 16,August 1997,S.1244-1246 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004034528A2 (en) * 2002-10-09 2004-04-22 Lambda Crossing Ltd. Optical filtering device and method
WO2004034528A3 (en) * 2002-10-09 2004-07-08 Lambda Crossing Ltd Optical filtering device and method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030077016A (ko) 2003-09-29
WO2002063732A3 (de) 2002-11-14
US20040114658A1 (en) 2004-06-17
JP2004525507A (ja) 2004-08-19
EP1358701A2 (de) 2003-11-05
WO2002063732A2 (de) 2002-08-15
TW522620B (en) 2003-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69120479T2 (de) Durch elektrisches feld induzierter quanten-potentialtopf-wellenleiter
DE69414208T2 (de) Optischer Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren
DE102005057800B4 (de) Einzelphotonenquelle und Verfahren zu deren Herstellung und Betrieb
EP0418705B1 (de) Interferometrischer Halbleiterlaser
DE3936694C2 (de) Halbleiterbauteil, insbesondere DFB-Halbleiterlaser
DE69102240T2 (de) Abstimmbarer Halbleiterlaser.
DE102016014938B4 (de) Lichtemittervorrichtung, basierend auf einem photonischen Kristall mit säulen- oder wandförmigen Halbleiterelementen, und Verfahren zu deren Betrieb und Herstellung
DE69625396T2 (de) Segmentierter optischer Leiter, dessen Verwendung insbesondere in einer Halbleitervorrichtung
EP0664587A1 (de) Abstimmbare Laserdiode
DE69225056T2 (de) Vorrichtung mit Halbleiterkörper und Mitteln zur Modulation der optischen Transparenz desselben
DE4432410B4 (de) Optoelektronisches Multi-Wellenlängen-Bauelement
DE69301420T2 (de) Laser mit verteilter Rückkopplung
DE10201126A1 (de) Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0552390A1 (de) Abstimmbare Laserdiode
DE3875882T2 (de) Quantum-well-modulator fuer elektromagnetische wellen und anwendung dieses modulators als polarisator.
DE69730872T2 (de) Laservorrichtung
DE102020108941B4 (de) Diodenlaser mit verrringerter Strahldivergenz
DE102011103952B4 (de) Kantenemittierender Halbleiterlaser
DE10105731A1 (de) Laserstruktur und Verfahren zur Einstellung einer definierten Wellenlänge
DE69601388T2 (de) Laser mit asymmetrischem Doppelwellenleiter
DE69012608T2 (de) Optischer Richtungskupplungsschalter.
DE4103071A1 (de) Lichtgesteuerter halbleiterlichtkoppler und -modulator
EP0045862A1 (de) Halbleiterlaser
DE3329719A1 (de) Fotodiode mit resonatorstruktur zur absorptionserhoehung
DE3626701A1 (de) Halbleiter-laseranordnung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8131 Rejection