DE112011102307T5

DE112011102307T5 - Optisches Verbindungssystem

Info

Publication number: DE112011102307T5
Application number: DE112011102307T
Authority: DE
Inventors: Masaki Funabashi; Keishi Takaki; Yasumasa Kawakita; Naoki Tsukiji
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-05-02
Also published as: US8532155B2; WO2012005012A2; JP2012019157A; WO2012005012A3; US20130121354A1

Abstract

Aufgabe: Schaffen eines optischen Verbindungssystems mit weniger Komponenten, niedrigen Kosten und niedriger Leistungsaufnahme. Mittel zur Lösung der Aufgabe Es wird ein optisches Verbindungssystem bereitgestellt mit: mehreren integrierten Halbleiterbauelementen, welche jeweils eine flächenemittierende Laser-Array-Einrichtung mit mehreren flächenemittierenden Laserelementen aufweisen, die jeweils ein Laserlicht-Ausgangssignal unterschiedlicher Wellenlänge emittieren, welches auf der Basis eines modulierten Eingangssignals moduliert ist, einem Silizium-Lichtwellenleiter, der Laserlicht-Ausgangssignale, die von den flächenemittierenden Laserelementen eines jeden der integrierten Halbleiterbauelemente emittiert sind, an ein jeweils anderes integriertes Halbleiterbauelement führt, mehreren optischen Kopplern, die jeweils einem der integrierten Halbleiterbauelemente zugeordnet sind und die Laserlicht-Ausgangssignale zu dem Silizium-Lichtwellenleiter führen, und mehreren optischen Splittern, die jeweils einem der integrierten Halbleiterbauelemente zugeordnet sind, die von dem Silizium-Lichtwellenleiter geführten Laserlicht-Ausgangssignale empfangen und die Laserlicht-Eingangssignal in ein entsprechend zugeordnetes integriertes Halbleiterbauelemente einkoppeln.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Verbindungssystem. Auf den Inhalt der folgenden japanischen Patentanmeldung wird hiermit vollinhaltlich Bezug genommen:
Nr. 2010-157151 , eingereicht am 9. Juli 2010.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlich bekannt sind eine flächenemittierende Laser-Array-Einrichtung, bei der mehrere flächenemittierende Laserelemente auf einem Substrat angeordnet sind, sowie eine optische Verbindung, die diese flächenemittierende Laser-Array-Einrichtung als Lichtquelle nutzt. Jedes flächenemittierende Laserelement der flächenemittierenden Laser-Array-Einrichtung gibt ein Laserlichtsignal unterschiedlicher Wellenlänge aus, wie es beispielsweise in den Nichtpatentdokumenten Nr. 1 bis 3 und dem Patentdokument Nr. 1 beschrieben ist. Die in diesen Dokumenten benutzten flächenemittierenden Laser-Array-Einrichtungen geben CWDM-Lichtsignale (Coarse Wavelength Division Multiplex – grobes Wellenlängen-Multiplex) aus, wobei die Wellenlängenintervalle zwischen den Laserlichtsignalen mindestens etwa 5 nm betragen.
Es ist ein optisches Verbindungssystem bekannt, das Siliziumphotonik einsetzt und mehrere integrierte Halbleiterbauelemente aufweist, in die jeweils eine arithmetische Verarbeitungseinheit, ein Modulator, ein optischer Koppler/Splitter und eine Lichtempfangseinheit integriert sind, und um eine optische Datenübertragung zwischen den Halbleiterbauelementen durchzuführen, sind zwischen die integrierten Halbleiterbauelemente sind Siliziumwellenleiter verbunden, wie beispielsweise in Nichtpatentdokument Nr. 4 beschrieben wird. Das optische Verbindungssystem verwendet optische DWDM-Signale (Dense Wavelength Division Multiplex – dichtes Wellenlängen-Multiplex), bei denen die Intervalle zwischen den einzelnen Wellenlängen schmaler sind.
Patentdokument Nr. 1: japanische Patentauslegeschrift Nr. 2007-214430
Patentdokument Nr. 2: japanische Patentauslegeschrift Nr. 2006-351917
Nichtpatentdokument Nr. 1: Padullaparthi Babu Dayal, Takahiro Sakaguchi, Akihiro Matsutani und Fumio Koyama: „Multiple-Wavelength Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers by Grading a Spacer Layer for Short-Reach Wavelength Division Multiplexing Applications", Appl. Phys. Express 2 (2009) 092501
Nichtpatentdokument Nr. 2: Suzuki Teiichi et al., „Monolithic Multiple-Wavelength VCSEL Prototype for High-Density CWDM", IEICE technical report, Bd 107, Nr. 198, OPE 2007-86, S. 101–106, 8. August 2007
Nichtpatentdokument Nr. 3: B. E. Lemoff et al., „MAUI: Enabling fiber-to-the-processor with parallel multiwavelength optical interconnects", J. Lightwave Technol., 22 (9):2043, 2004
Nichtpatentdokument Nr. 4: Kannan Raji et al., „'Macrochip' Computer Systems Enabled by Silicon Photonic Interconnects", Proceedings SPIE 7607, 760702, 2010
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die optischen DWDM-Signale, die von den zuvor genannten optischen Verbindungssystemen benutzt werden, welche Siliziumphotonik einsetzen, werden allerdings von DWDM-Lichtquellen zugeleitet, die außerhalb der integrierten Halbleiterbauelemente angeordnet sind. Bei einer DWDM-Lichtquelle kann es sich zum Beispiel um eine Kombination aus einem optischen Verstärker und einem DFB-Laser oder einem phasengekoppelten Halbleiterlaser handeln. Daher bedingt das Bereitstellen einer DWDM-Lichtquelle eine höhere Komponentenzahl und höhere Kosten sowie eine höhere Leistungsaufnahme.
Die vorliegende Erfindung entstand angesichts der vorstehend genannten Probleme, und ihr liegt als Aufgabe zugrunde, ein optisches Verbindungssystem mit weniger Komponenten, niedrigen Kosten und niedriger Leistungsaufnahme zu schaffen.
Um die vorgenannten Probleme zu lösen, wird ein optisches Verbindungssystem bereitgestellt, welches mehrere integrierte Halbleiterbauelemente, die jeweils eine flächenemittierende Laser-Array-Einrichtung mit mehreren flächenemittierenden Laserelementen aufweisen, die jeweils ein Laserlicht-Ausgangssignal unterschiedlicher Wellenlänge emittieren, welches auf der Basis eines modulierten Eingangssignals moduliert ist, einen Silizium-Lichtwellenleiter, der Laserlicht-Ausgangssignale, die von den flächenemittierenden Laserelementen eines jeden der integrierten Halbleiterbauelemente emittiert sind, an ein jeweils anderes integriertes Halbleiterbauelement führt, mehrere optische Koppler, die jeweils einem der integrierten Halbleiterbauelemente zugeordnet sind und die Laserlicht-Ausgangssignale zu dem Silizium-Lichtwellenleiter führen, und mehrere optische Splitter, die jeweils einem der integrierten Halbleiterbauelemente zugeordnet sind, die von dem Silizium-Lichtwellenleiter geführten Laserlicht-Ausgangssignale empfangen und ein Laserlicht-Eingangssignal in ein entsprechend zugeordnetes integriertes Halbleiterbauelemente einkoppeln, umfasst.
Jede flächenemittierende Laser-Array-Einrichtung gibt das Laserlicht-Ausgangssignal mit einer Wellenlänge von beispielsweise mindestens 1,0 μm und höchstens 1,2 μm aus. Die integrierten Halbleiterbauelemente, der Silizium-Lichtwellenleiter, die optischen Koppler und die optischen Splitter können auf demselben Substrat angeordnet sein.
Jedes der integrierten Halbleiterbauelemente kann ferner ein Steuerteil aufweisen, die eines der modulierten Signale generiert und die Wellenlänge des Laserlicht-Ausgangssignals steuert, das von den flächenemittierenden Laserelementen emittiert wird. Jedes der integrierten Halbleiterbauelemente kann ferner eine Lichtempfangseinheit aufweisen, die das Laserlicht-Eingangssignal von dem optischen Splitter empfängt, das empfangene Laserlicht-Eingangssignal in ein moduliertes Stromsignal wandelt und das modulierte Stromsignal in das Steuerteil einkoppelt.
Jede flächenemittierende Laser-Array-Einrichtung sendet ein Laserlicht-Ausgangssignal mit einer anderen Wellenlänge aus, und die Intervalle zwischen den einzelnen Signalen sind – bezogen auf die optische Frequenz – nicht größer als beispielsweise 200 Gigahertz. Jede flächenemittierende Laser-Array-Einrichtung kann vier oder mehr flächenemittierende Laserelemente aufweisen.
Jedes flächenemittierende Laserelement kann zum Beispiel einen optischen Resonator, der durch zwei Mehrschichtspiegel ausgebildet ist, eine in dem optischen Resonator angeordnete aktive Schicht und eine in dem optischen Resonator angeordnete Wellenlängenanpassungsschicht aufweisen, deren Dicke sich von der Dicke einer Wellenlängenanpassungsschicht eines anderen flächenemittierenden Laserelements unterscheidet. Jede Wellenlängenanpassungsschicht ist zum Beispiel aus dielektrischem Material ausgebildet.
Jedes flächenemittierende Laserelement kann eine Heizanordnung aufweisen, die die Wellenlänge des von dem flächenemittierenden Laserelement ausgesendeten Laserlicht-Ausgangssignals anpasst. Jede Heizanordung weist zum Beispiel mehrere Hochwiderstands-Heizabschnitte, die den flächenemittierenden Laserelementen zugeordnet sind, und mehrere Niedrigwiederstands-Abschnitte, die mit den Hochwiderstands-Heizabschnitten verbunden und zwischen einem Paar flächenemittierender Laserelemente angeordnet sind, auf, wobei die Niedrigwiderstands-Abschnitte einen niedrigeren elektrischen Widerstand als die Hochwiderstands-Heizabschnitte haben. Jede Heizanordnung kann mehrere Hochwiderstands-Heizabschnitte und mehrere Niedrigwiderstands-Abschnitte aufweisen, und die Hochwiderstands-Heizabschnitte können über die Niedrigwiderstands-Abschnitte in Reihe geschaltet sein.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung kann dazu genutzt werden, ein optisches Verbindungssystem mit weniger Komponenten, niedrigen Kosten und niedriger Leistungsaufnahme zu realisieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines optischen Verbindungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Ansicht eines in 1 gezeigten integrierten Halbleiterbauelements.
3 ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer flächenemittierenden Laser-Array-Einrichtung und eines Lichtwellenleiters, die in 2 gezeigt sind, entlang der Längsrichtung des Lichtwellenleiters.
4 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen einer Dicke einer Wellenlängenanpassungsschicht einerseits und einer Laseroszillationswellenlänge und einem inneren Verlust andererseits.
5 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen Vorstrom und optischer Intensität von Laserlicht.
6 ist eine schematische Draufsicht auf eine in den einzelnen flächenemittierenden Laserelementen vorgesehene Heizanordnung.
7 ist ein Diagramm, das der Erläuterung eines Verfahrens für das kollektive Anpassen von Laseroszillationswellenlängen dient.
8 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen der Leistungsaufnahme der in 6 gezeigten Heizanordnung und dem Betrag einer Wellenlängenverschiebung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Beispielhafte Ausführungsformen eines optischen Verbindungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen eingehend beschrieben. Die Ausführungsformen sind nicht als die Erfindung einschränkend aufzufassen. Keine der Kombinationen der bei den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale ist für die durch Aspekte der Erfindung bereitgestellten Mittel notwendigerweise erforderlich.
(Ausführungsform)
1 ist eine schematische Ansicht eines optischen Verbindungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, weist ein optisches Verbindungssystem 1000 mehrere integrierte Halbleiterbauelemente 100, mehrere Silizium-Lichtwellenleiter 2 und mehrere optischen Koppler 3 und optische Splitter 4 auf, die jedes der integrierten Halbleiterbauelemente 100 mit einem vorbestimmten der Silizium-Lichtwellenleiter 2 verbinden, wobei alle genannten Elemente auf einem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet sind. Die integrierten Halbleiterbauelemente 100 können jeweils mit einem der optischen Koppler 3 zum Einkoppeln von Laserlichtsignalen in die Silizium-Lichtwellenleiter 2, versehen sein. Die integrierten Halbleiterbauelemente 100 sind jeweils mit einem der optischen Splitter 4 versehen, welcher das von den Silizium-Lichtwellenleitern 2 geführte Laserlichtsignal empfängt und das Laserlichtsignal in die entsprechenden integrierten Halbleiterbauelemente 100 einkoppelt. 1 zeigt vier integrierte Halbleiterbauelemente 100, aber das optische Verbindungssystem 1000 kann auch eine größere Anzahl von integrierten Halbleiterbauelementen 100 umfassen. Ein zentraler Silizium-Lichtwellenleiter 2 ist mit einem weiteren integrierten Halbleiterbauelement 100 verbunden, das in 1 nicht gezeigt ist.
Die Silizium-Lichtwellenleiter 2 sind kammförmige Lichtwellenleiter, die so ausgebildet sind, dass sie von dem Siliziumsubstrat 1 abstehen. Jeder Silizium-Lichtwellenleiter 2 leitet das von einem entsprechenden integrierten Halbleiterbauelement 100 ausgesendete Laserlicht-Ausgangssignal an ein jeweils anderes integriertes Halbleiterbauelement 100. Jeder Silizium-Lichtwellenleiter 2 kann beispielsweise eine Breite von ca. 700 nm und eine Höhe von ca. 600 nm aufweisen. Bei den optischen Kopplern 3 und den optischen Splittern 4 kann es sich um optische Filter mit einem Ringoszillator wie dem in Patentdokument Nr. 2 beschriebenen handeln.
Nachfolgend wird die Struktur des integrierten Halbleiterelements 100 beschrieben. 2 ist eine schematische Ansicht des in 1 gezeigten integrierten Halbleiterbauelements 100. Wie es in 2 gezeigt ist, weist das integrierte Halbleiterbauelement 100 auf eine arithmetische Verarbeitungseinheit 110, eine Lasertreibereinheit 120, eine flächenemittierendes Laser-Array-Einrichtung 130 mit n flächenemittierenden Laserelementen (n ist eine ganze Zahl größer Eins), eine Lichtempfangseinheit 140, einen Lichtwellenleiter 150 und einen Lichtwellenleiter 160. Abgesehen davon, dass n eine ganze Zahl größer Eins ist, gibt es keine besondere Einschränkung für n, allerdings ist n vorzugsweise größer als Vier da sich dann eine hohe Datenübertragungskapazität ergibt. Der Lichtwellenleiter 150 stellt eine optische Verbindung zwischen der flächenemittierenden Laser-Array-Einrichtung 130 und dem optischen Koppler 3 her. Der Lichtwellenleiter 160 stellt eine optische Verbindung zwischen der Lichtempfangseinheit 140 und dem optischen Splitter 4 her.
Nachfolgend wird die Struktur der flächenemittierenden Laser-Array-Einrichtung 130 und des Lichtwellenleiters 150 beschrieben. 3 ist eine schematische Ansicht eines Querschnitts der flächenemittierenden Laser-Array-Einrichtung 130 und des Lichtwellenleiters 150, die in 2 gezeigt sind, entlang der Längsrichtung des Lichtwellenleiters 150. Wie in 3 gezeigt ist, weist die flächenemittierende Laser-Array-Einrichtung 130n flächenemittierende Laserelemente 130-1 bis 130-n auf, die auf einem gemeinsamen Substrat S ausgebildet sind. In 3 sind lediglich die flächenemittierenden Laserelemente 130-1, 130-2 und 130-n gezeigt. Der Lichtwellenleiter 150 ist so angeordnet, dass er jedes der flächenemittierenden Laserelemente 130-1 bis 130-n des flächenemittierenden Laser-Array-Einrichtung 130 abdeckt. Das Substrat S kann zum Beispiel auf dem Siliziumsubstrat 1 angebracht sein.
Nachfolgend wird die Struktur des flächenemittierenden Laserelements 130-1 beschrieben. Das flächenemittierende Laserelement 130-1 weist nacheinander auf dem Substrat S ausgebildet einen unteren DBR- bzw. Bragg-Spiegel 131, bei dem es sich um einen unteren Mehrschichtspiegel handelt, und eine Halbleiterschichtstruktur 132 auf. Die Halbleiterschichtstruktur 132 weist eine aktive Schicht 132a mit einer Struktur mit mehreren Quantum Wells bzw. Quantenmulden und eine Strombegrenzungsschicht 132b mit einem kreisförmigen Strominjektionsabschnitt in ihrer Mitte auf. Auf der aktiven Schicht 132a sind eine p-leitende Abstandsschicht und eine p⁺-leitende Kontaktschicht ausgebildet, in welcher die Strombegrenzungsschicht 132b ausgebildet ist.
Auf der Oberfläche des unteren Bragg-Spiegels 131 ist rings um die Halbleiterschichtstruktur 132 eine n-seitige Halbringelektrode 133 ausgebildet. Auf der p⁺-leitenden Kontaktschicht ist eine p-seitige Ringelektrode 134 ausgebildet, bei der es sich um die oberste Fläche der Halbleiterschichtstruktur 132 handelt. Auf der Öffnung der p-seitigen Ringelektrode 134 sind nacheinander eine Wellenlängenanpassungsschicht 135-1 und ein oberer DBR- bzw. Bragg-Spiegel 136 ausgebildet, bei dem es sich um einen oberen Mehrschichtspiegel handelt. Die Wellenlängenanpassungsschicht 135-1 besitzt eine Wellenlängenanpassungsfunktion, die im Weiteren beschrieben wird, und agiert außerdem als Phasenanpassungsschicht, die eine geeignete Phase für Knoten und Bäuche einer stehenden Welle des Lichts dadurch einstellt, dass sie zwischen dem unteren Bragg-Spiegel 131 und dem oberen Bragg-Spiegel 136, die den optischen Resonator bilden, auf solche Weise angeordnet ist, dass sie die optische Länge des optischen Resonators anpasst. Das flächenemittierende Laserelement 130-1 weist ferner auf der p-seitigen Ringelektrode 134 im oberen Bragg-Spiegel 136 einen ringförmigen Hochwiderstands-Heizabschnitt 137 mit einer Aussparung zum Ausbilden einer Heizanordnung. Nachstehend wird der Hochwiderstands-Heizabschnitt 137 näher beschrieben.
Beim Aufbau der übrigen flächenemittierenden Laserelemente 130-2 bis 130-n ist die Wellenlängenanpassungsschicht 135-1, wie sie bei dem flächenemittierenden Laserelement 130-1 vorliegt, jeweils durch eine Wellenlängenanpassungsschichten 135-2 bis 135-n ersetzt. Die Wellenlängenanpassungsschichten 135-1 bis 135-n sind derart ausgestaltet, dass sie unterschiedliche Dicken aufweisen. Die Dickenunterschiede zwischen den Wellenlängenanpassungsschichten 135-1 bis 135-n liegen in einem sehr kleinen Bereich von einigen bis einigen zehn Nanometern, was im Weiteren näher beschrieben ist.
Das Substrat S kann zum Beispiel aus undotiertem GaAs gebildet sein. Der untere Bragg-Spiegel 131 kann zum Beispiel aus 34 Paaren von GaAs/Al_0,9Ga_0,1As-Schichten gebildet sein. Wenigstens die oberste Schicht ist aus n-leitendem GaAs ausgebildet und dient als Kontaktschicht für die n-seitige Elektrode 133. Die aktive Schicht 132a weist eine verspannte Struktur mit mehreren Quantenmulden (strained quantum well structure) auf, die durch abwechselndes Übereinanderschichten von drei InGaAs-Muldenschichten und vier GaAs-Barriereschichten erhalten wird, und dient zum Emittieren von Laserlicht in einem Wellenlängenbereich von beispielsweise 1,0 μm bis 1,2 μm. Der untere Bragg-Spiegel 131 wird durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) epitaktisch gezüchtet.
Die unterste GaAs-Barriereschicht fungiert als n-leitende Mantelschicht. Die p-leitende Abstandsschicht und die p⁺-leitende Kontaktschicht der Halbleiterschichtstruktur 132 können zum Beispiel aus p- bzw. p⁺-leitendem, mit Kohlenstoff dotiertem GaAs hergestellt sein. In der Strombegrenzungsschicht 132b kann der Strominjektionsabschnitt zum Beispiel aus AlAs mit einem Durchmesser von 5 bis 6 μm hergestellt sein, und der Bereich rings um das AlAs kann hauptsächlich aus Al₂O₃ gebildet sein. Die p-leitenden und n-leitenden Schichten können jeweils eine Akzeptor- bzw. Donorkonzentration von beispielsweise ca. 1 × 10¹⁸ cm^–3 aufweisen, und die p⁺-leitenden Schichten können beispielsweise eine Akzeptorkonzentration von 1 × 10¹⁹ cm^–3 aufweisen. Über und unter der Strombegrenzungsschicht 132b können eine untere und eine obere Schicht mit graduierter Zusammensetzung beispielsweise aus AlGaAs ausgebildet sein, deren Al-Anteil mit abnehmendem Abstand zur Strombegrenzungsschicht 132b in Dickenrichtung monoton ansteigt.
Die p-seitige Ringelektrode 134 kann zum Beispiel aus Pt/Ti hergestellt sein und zum Beispiel einen Außendurchmesser von 30 μm, der im Wesentlichen dem Umfang der Mesasäule entspricht, und einen Innendurchmesser von 11 μm bis 16 μm aufweisen. Die n-seitige Elektrode 133 kann zum Beispiel aus AuGeNi/Au hergestellt sein und einen Außendurchmesser von 80 μm und einen Innendurchmesser von 40 μm aufweisen.
Die Wellenlängenanpassungsschichten 135-1 bis 135-n können aus dielektrischem Material wie zum Beispiel Siliziumnitrid (SiN_x) hergestellt sein. Der obere Bragg-Spiegel 136 kann zum Beispiel aus 10 bis 12 Paaren SiN_x/SiO₂ hergestellt sein. Der obere Bragg-Spiegel 136 kann Paare aus amorphem Si/SiO₂ oder amorphem Si/Al₂O₃ aufweisen, und die Anzahl dieser Paare wird so gewählt, dass sich ein Gesamtreflexionsvermögen von ca. 99% ergibt.
Da die Wellenlängenanpassungsschichten 135-1 bis 135-n verschiedene Dicken aufweisen, können die flächenemittierenden Laserelemente 130-1 bis 130-n Laserlicht unterschiedlicher Wellenlängen emittieren. Das Wellenlängenintervall zwischen benachbarten Laserlichtsignalen ist – ausgedrückt in optischen Frequenzen – nicht größer als 200 GHz und kann beispielsweise 100 GHz betragen. Wenn das Frequenzintervall 100 GHz oder weniger beträgt, lässt sich die optische Übertragung mit hoher Dichte erreichen, und die Unterschiede zwischen den Eigenschaften der einzelnen flächenemittierenden Laserelemente 130-1 bis 130-n können verringert werden, weswegen Frequenzintervalle von 100 GHz oder weniger bevorzugt werden.
Nachfolgend wird die Struktur des Lichtwellenleiters 150 beschrieben. Der Lichtwellenleiter 150 wird durch sequenzielles Übereinanderschichten einer Basis 151, die die einzelnen flächenemittierenden Laserelemente 130-1 bis 130-n der flächenemittierenden Laser-Array-Einrichtung 130 kontaktiert, eines Mantelabschnitts 152, eines Kernabschnitts 153 und eines Mantelabschnitts 154 ausgebildet. Der Lichtwellenleiter 150 kann eine Dicke von Hunderten Nanometern aufweisen und ist hinreichend größer als der Dickenunterschied zwischen den Wellenlängenanpassungsschichten 135-1 bis 135-n. Die durch die Höhendifferenz der Wellenlängenanpassungsschichten 135-1 bis 135-n bedingte Höhendifferenz der flächenemittierenden Laserelemente 130-1 bis 130-n ist vernachlässigbar gering, weswegen der Lichtwellenleiter 150 stabil an den flächenemittierenden Laserelementen 130-1 bis 130-n befestigt werden kann.
Die Basis 151, der Mantelabschnitt 152, der Kernabschnitt 153 und der Mantelabschnitt 154 sind jeweils aus Siliziumdioxidglas hergestellt. Unter diesen Komponenten weist der Kernabschnitt 153 die höchste Brechzahl auf, der Mantelabschnitt 152 und der Mantelabschnitt 154 weisen niedrigere Brechzahlen auf, und die Basis 151 weist die niedrigste Brechzahl auf. Die Dicke des Kernabschnitts 153 und die Brechzahldifferenz zwischen dem Kernabschnitt 153 und den Mantelabschnitten 152 und 154 sind bevorzugt so gewählt, dass der Lichtwellenleiter 150 das von den flächenemittierenden Laserelementen 130-1 bis 130-n ausgesendete Laserlicht als Monomode leitet.
Im Kernabschnitt 153 sind an Stellen oberhalb von den einzelnen flächenemittierenden Laserelementen 130-1 bis 130-n durch Furchenausbildung mehrere reflektierende Abschnitte 153a ausgebildet. Jeder reflektierende Abschnitt 153a ist so eingerichtet, dass er das von einem entsprechenden flächenemittierenden Laserelement 130-1 bis 130-n ausgesendete Laserlicht reflektiert und in den Kernabschnitt 153 leitet.
Bei der Lichtempfangseinheit 140 kann es sich zum Beispiel um einen Si/Ge-Fotodetektor handeln. Auf dieselbe Weise wie der Lichtwellenleiter 150 ist der Lichtwellenleiter 160 auf der Lichtempfangseinheit 140 angeordnet und wird durch sequenzielles Übereinanderschichten einer Basis, eines Mantelabschnitts, eines Kernabschnitts und eines Mantelabschnitts ausgebildet. Der Kernabschnitt weist einen reflektierenden Abschnitt auf, der das durch den Lichtwellenleiter 160 in diesen geführte Licht reflektiert und das reflektierte Licht in die Lichtempfangseinheit 140 einkoppelt.
Nachfolgend wird anhand der 1 bis 3 der Betrieb des optischen Verbindungssystems beschrieben. Die arithmetische Verarbeitungseinheit 110 des integrierten Halbleiterbauelements 100 fungiert als Steuerungsteil, das ein moduliertes Signal ezeugt und die Wellenlängen der Laserlichtsignale bestimmt, die von den flächenemittierenden Laserelementen 130-1 bis 130-n emittiert werden. Die arithmetische Verarbeitungseinheit 110 führt Rechenoperationen gemäß Anweisungen aus einer externen Quelle durch und gibt an die Lasertreibereinheit 120 ein Spannungssignal S1 aus, das Differenzspannungssignale umfasst und dem mit einer Amplitude von zum Beispiel plus/minus 100 mV Informationen bezüglich der Rechenergebnisse aufmoduliert sind. Die Lasertreibereinheit 120 wird von einer externen Einheit mit einem Bias- bzw. Vorstrom I1 versorgt, überlagert diesem das Spannungssignal S1 und gibt Stromsignal I2, welches n modulierte Stromsignale umfasst, an die flächenemittierende Laser-Array-Einrichtung 130 aus.
In der flächenemittierenden Laser-Array-Einrichtung 130 werden die in dem Stromsignal I2 enthaltenen n modulierten Stromsignale dem jeweiligen flächenemittierenden Laserelement 130-1 bis 130-n zugeführt, dem das jeweilige modulierte Stromsignal im Voraus zugewiesen wurde. Die flächenemittierenden Laserelemente 130-1 bis 130-n geben jeweilige Laserlichtsignale OS1-1 bis OS1-n unterschiedlichen Wellenlänge aus, die durch die eingegebenen modulierten Stromsignale direkt moduliert werden. Die von den flächenemittierenden Laserelementen 130-1 bis 130-n emittierten und in den Kernabschnitt 153 eingekoppelten Laserlichtsignale OS1-1 bis OS1-n werden an den reflektierenden Abschnitten 153a des Lichtwellenleiters 150 reflektiert und von dem Lichtwellenleiter 150 vorzugsweise als Monomode geleitet. Der Lichtwellenleiter 150 gibt Laserlichtsignal OS1 aus, das ein DWM-Lichtsignal mit hoher Dichte mit den n Laserlichtsignalen OS1-1 bis OS1-n ist, an den optischen Koppler 3 aus. Der optische Koppler 3 koppelt das Laserlichtsignal OS1 in den Silizium-Lichtwellenleiter 2 ein. Der Silizium-Lichtwellenleiter 2 führt das Laserlichtsignal OS1, und zwar vorzugsweise als Monomode.
Der optische Splitter 4 kann Laserlicht mit einer im Voraus unter den Laserlichtsignalen OS1-1 bis OS1-n ausgewählten Wellenlänge aus dem Silizium-Lichtwellenleiter 2 abtrennen. Infolgedessen empfängt das integrierte Halbleiterelement 100, wie in 2 gezeigt, von dem optischen Splitter 4 ein vorbestimmtes Laserlichtsignal OS2, das diesem zugewiesen ist und von einem anderen integrierten Halbleiterbauelement 100 emittiert ist. Der Lichtwellenleiter 160 führt das Laserlichtsignal OS2 an die Lichtempfangseinheit 140. Die Lichtempfangseinheit 140 wandelt das Laserlichtsignal OS2 in ein moduliertes Stromsignal I3 um, das vorbestimmte Differenzspannungssignale umfasst, und gibt das modulierte Stromsignal I3 an die arithmetische Verarbeitungseinheit 110 aus.
Auf diese Weise nutzt jedes integrierte Halbleiterbauelement 100 das Laserlichtsignal OS1 als DWDM-Lichtsignal zum Senden und Empfangen von Berechnungsergebnissen über den Silizium-Lichtwellenleiter 2 an andere integrierte Halbleiterbauelemente 100 bzw. von diesen, wodurch ein optisches Hochgeschwindigkeitsverbindungssystem realisiert wird. Insbesondere moduliert bei dem optischen Verbindungssystem 1000 der vorliegenden Ausführungsform jedes integrierte Halbleiterbauelement 100 direkt die darin integrierte flächenemittierende Laser-Array-Einrichtung 130 und verwendet diese als Lichtquelle für die Datenübertragung. Entsprechend weist das solchermaßen geschaffene optische Verbindungssystem 1000 weniger Komponenten, eine niedrige Leistungsaufnahme und niedrige Kosten auf.
Bei dem optischen Verbindungssystem 1000 der vorliegenden Ausführungsform werden die Wellenlängen der von den flächenemittierenden Laserelementen 130-1 bis 130-n ausgesendeten Laserlichtsignale OS1-1 bis OS1-n so angepasst, dass sie sich voneinander unterscheiden, indem die Dicken der Wellenlängenanpassungsschichten 135-1 bis 135-n geändert werden, wobei deren Dicken sich mit hohem Genauigkeitsgrad anpassen lassen. Infolgedessen ist es möglich, das Laserlichtsignal OS1 als DWDM-Lichtsignal mit hoher Genauigkeit und hoher Dichte zu erhalten.
4 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen der Dicke einer Wellenlängenanpassungsschicht einerseits und der Laseroszillationswellenlänge und dem inneren Verlust in einem flächenemittierenden Laserelement gemäß der in 3 gezeigten Struktur andererseits. Die Dicke der Wellenlängenanpassungsschicht ist als relative Dicke bezogen auf die Dicke der Wellenlängenanpassungsschicht in einem vorbestimmten flächenemittierenden Laserelement angegeben. Wie in 4 gezeigt ist, kann die Laseroszillationswellenlänge des flächenemittierenden Laserelements in einem Bereich von ca. 14 nm von 1061 nm bis 1075 nm angepasst werden, indem die Dicke der Wellenlängenanpassungsschicht in einem Bereich von 30 nm von –10 nm bis 20 nm angepasst wird.
In 4 sind die Dicken der Schichten des unteren Bragg-Spiegels bzw. des oberen Bragg-Spiegels des flächenemittierenden Laserelements zum Beispiel für eine spezielle Laserlichtwellenlänge optimiert, die in dem in 4 gezeigten Beispiel ca. 1066 nm beträgt. Da bei dem in 4 gezeigten Beispiel die Laseroszillationswellenlänge lediglich durch Ändern der Dicke der Wellenlängenanpassungsschicht eingestellt wird, steigt der innere Verlust im optischen Resonator mit der Differenz zwischen der Laserschwingungswellenlänge und der bereits erwähnten optimierten Wellenlänge an. Dieser Anstieg des inneren Verlusts wird dementsprechend beim Einstellen des Wellenlängenanpassungsbereichs vorzugsweise mit berücksichtigt. Falls zum Beispiel in 4 der maximal zulässige Anstieg vom Mindestwert des inneren Verlusts 15/cm beträgt, beträgt der Wellenlängenanpassungsbereich ca. 14 nm in einem Bereich von 1061 nm bis 1075 nm. Im Wellenlängenband von 1,1 μm entsprechen die Intervalle von 200 GHz zwischen den optischen Frequenzen einem Wellenlängenabstand von 0,7 nm. Somit lassen sich in dem Wellenlängenanpassungsbereich von ca. 14 nm in Frequenzintervallen von 200 GHz ungefähr 20 Laserlichtsignal-Kanäle anordnen.
5 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen Vorstrom und Laserlichtintensität für fünf flächenemittierende Laserelemente, deren relative Dicken sich basierend auf 4 in einem Bereich von 0 nm bis 20 nm ändern. Zwar sind in 4 die Laseroszillationswellenlängen der flächenemittierenden Laserelemente in einem Bereich von ca. 10 nm verteilt, doch kann ein Laserlicht mit stabiler Intensität und guter Linearität bezüglich des Vorstroms bei jeder Wellenlänge in einem weiteren Bereich ausgesendet werden.
Die Dicken der Wellenlängenanpassungsschichten 135-1 bis 135-n lassen sich mit hoher Genauigkeit anpassen, indem bei der Herstellung der flächenemittierenden Laserelemente 130-1 bis 130-n die Ätzdauer für die Wellenlängenanpassungsschichten 135-1 bis 135-n eingestellt wird. Daher können auch die Wellenlängen der Laserlichtsignale OS1-1 bis OS1-n mit hoher Genauigkeit eingestellt und so die vorbestimmten Frequenzintervalle realisiert werden.
Nachstehend wird eine Heizanordnung beschrieben, die in jedem der in 2 gezeigten flächenemittierenden Laserelemente 130-1 bis 130-n vorgesehen ist. 6 ist eine schematische Draufsicht auf die in jedem der flächenemittierenden Laserelemente 130-1 bis 130-n vorgesehene Heizanordnung. Wie in 6 gezeigt ist, weist der Heizmechanismus den Hochwiderstands-Heizabschnitt 137, der ringförmig mit einer Aussparung ausgebildet und an der p-seitigen Ringelektrode 134 im oberen Bragg-Spiegel 136 angeordnet ist, und einen niedrigwiderstands-Abschnitt 138 auf, der über einen Armabschnitt 137a mit dem Hochwiderstands-Heizabschnitt 137 verbunden ist und einen niedrigeren elektrischen Widerstand als der Hochwiderstands-Heizabschnitt 137 aufweist. Der Niedrigwiderstands-Abschnitt 138 ist über den Armabschnitt mit dem Hochwiderstands-Heizabschnitt im benachbarten flächenemittierenden Laserelement verbunden. Der Niedrigwiderstands-Abschnitt 138 kann zwischen allen in 3 gezeigten flächenemittierenden Laserelementen 130-1 bis 130-n vorgesehen sein. Beispielsweise kann der niedrigwiderstands-Abschnitt 138 zwischen einem Hochwiderstands-Heizabschnitt 137-1 des in 3 gezeigten flächenemittierenden Laserelements 130-1 und einem Hochwiderstands-Heizabschnitt 137-2 des flächenemittierenden Laserelements 130-2 vorgesehen sein.
Der Hochwiderstands-Heizabschnitt 137 und der Armabschnitt 137a können zum Beispiel aus einer Platin-Dünnschicht (Pt) mit einer Breite von 5 μm und einer Dicke von 100 nm gebildet sein. Der Niedrigwiderstands-Abschnitt 138 kann zum Beispiel aus einer relativ dicken Gold-Dünnschicht (Au) mit einer Breite von 10 μm und einer Dicke von 2 μm gebildet sein. Zwischen dem Niedrigwiderstands-Abschnitt 138 und der n-seitigen Elektrode kann eine Isolationsschicht vorgesehen sein.
Die Heizanordnungen dienen der kollektiven Anpassung der Laserlicht-Oszillationswellenlängen der flächenemittierenden Laserelemente 130-1 bis 130-n. Da die Temperatur der aktiven Schicht 132a in jeder der flächenemittierenden Laserelemente 130-1 bis 130-n durch einen Stromfluss über den niedrigwiderstands-Abschnitt 138 der Heizanordnung zu dem Hochwiderstands-Heizabschnitt 137 fließt, erhöht wird, ändert sich die Laseroszillationswellenlänge. Der Änderungskoeffizient der Laseroszillationswellenlänge in Bezug auf den Temperaturanstieg beträgt ca. 0,067 nm/°C, wenn die aktive Schicht 132a aus einem Material auf GaAs-Basis wie etwa InGaAs gebildet ist, was ein Halbleitermaterial ist, das für Laserlicht in einem Wellenlängenband von 1,1 μm verwendet wird. Der Hochwiderstands-Heizabscchnitt 137 kann zum Beispiel in Schichtrichtung näher an der aktiven Schicht 132a als an der Mitte des oberen Bragg-Spiegels 136 angeordnet sein. Durch Anordnen des Hochwiderstands-Heizabschnitts 137 in der Nähe der aktiven Schicht 132a wird die Heizeffizienz verbessert.
Da die Hochwiderstands-Heizabschnitte 137 in den flächenemittierenden Laserelementen 130-1 bis 130-n über die Niedrigwiderstands-Abschnitte 138 in Reihe geschaltet sind, steigt die Temperatur jeder der Hochwiderstands-Heizsektionen 137 um denselben Betrag, wenn Strom durch den niedrigwiderstands-Abschnitt 138 fließt. Infolgedessen verschiebt sich die Laseroszillationswellenlänge jedes der flächenemittierenden Laserelemente 130-1 bis 130-n um denselben Betrag. Dementsprechend können durch Einsatz dieser Heizmechanismen die Laserlicht-Oszillationswellenlängen der flächenemittierenden Laserelemente 130-1 bis 130-n kollektiv angepasst werden. Wenn die Laseroszillationswellenlängen auf diese Weise angepasst werden, vereinfacht dies die Konfiguration des Stromregelkreises gegenüber einem Fall, bei dem die einzelnen flächenemittierenden Laserelemente individuell angepasst werden.
7 ist ein Diagramm, das zur Erläuterung eines Verfahrens für das kollektive Anpassen der Laseroszillationswellenlängen dient. Die Bezugszeichen f1 bis fn in 7 stehen für ein Frequenzraster, das in regelmäßigen Intervallen auf der Frequenzachse angeordnet ist. Die Laserlichtsignale OS1-1 bis OS1-n der flächenemittierenden Laserelemente 130-1 bis 130-n lassen sich mit hoher Genauigkeit anpassen, indem die Dicken der Wellenlängenanpassungsschichten so eingestellt werden, dass die Frequenzintervalle der Frequenzen f1 bis fn erzielt werden. Wenn die Leistungsaufnahme der Heizmechanismen auf Grundlage von 8 angepasst wird, lassen sich die Wellenlängen der Laserlichtsignale OS1-1 bis OS1-n mit dem Frequenzraster f1 bis fn abgleichen, indem die Wellenlängen kollektiv verschoben werden.
8 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen der Leistungsaufnahme der in 6 gezeigten Heizanordnung und dem Betrag einer Verschiebung der Laseroszillationswellenlänge. Wie in 8 gezeigt ist, lässt sich die Laseroszillationswellenlänge pro 20 mW Leistungsaufnahme um ca. 1,5 nm verschieben.
In der vorstehenden Ausführungsform lässt sich ein System mit niedrigem Verlust realisieren, weil die Laseroszillationswellenlänge des flächenemittierenden Laserelements außerhalb des optischen Absorptionsbandes von Silizium, das in einem Wellenlängenband unterhalb 1 μm liegt, und des optischen Absorptionsbandes von GaAs liegt, das bei einer Laseroszillationswellenlänge von mindestens 1,0 und höchstens 1,2 μm in einem Wellenlängenband von 0,85 μm liegt. Weiterhin kann bei der vorstehenden Ausführungsform für die aktive Schicht des flächenemittierenden Laserelements eine verspannte InGaAs-Struktur mit mehreren Quantenmulden mit guten Eigenschaften verwendet werden, so dass sich die Leistungsaufnahme des flächenemittierenden Laserelements senken lässt.
Bei den Strukturen des integrierten Halbleiterbauelements, des flächenemittierenden Laserelements, der Heizanordnung usw. in der vorstehenden Ausführungsform handelt es sich lediglich um Beispiele. In dem erfindungsgemäßen optischen Verbindungssystem können auf geeignete Weise bekannte integrierte Halbleiterbauelemente, flächenemittierende Laserelemente, Heizmechanismen usw. genutzt werden. Zum Beispiel kann die Heizanordnung als ein Heizmuster auf der Oberfläche des oberen Bragg-Spiegels ausgebildet werden.
Bezugszeichenliste

1: Siliziumsubstrat
2: Silizium-Lichtwellenleiter
3: optischer Koppler
4: optischer Splitter
10: integriertes Halbleiterbauelement
110: arithmetische Verarbeitungseinheit
120: Lasertreibereinheit
130: flächenemittierende Laser-Array-Einrichtung
130-1 bis 130-n: flächenemittierendes Laserelement
131: unterer Bragg-Spiegel
132: Halbleiterschichtstruktur
132a: aktive Schicht
132b: Strombegrenzungsschicht
133: n-seitige Elektrode
134: p-seitige Ringelektrode
135: Wellenlängenanpassungsschicht
136: oberer Bragg-Spiegel
137: Hochwiderstands-Heizabschnitt
137a: Armabschnitt
138: Abschnitt mit niedrigem Widerstand
140: Lichtempfangseinheit
150, 160: Lichtwellenleiter
151: Basis
152, 154: Mantelabschnitt
153: Kernabschnitt
153a: reflektierender Abschnitt
1000: optisches Verbindungssystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-157151 [0001]
JP 2007-214430 [0003]
JP 2006-351917 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Padullaparthi Babu Dayal, Takahiro Sakaguchi, Akihiro Matsutani und Fumio Koyama: „Multiple-Wavelength Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers by Grading a Spacer Layer for Short-Reach Wavelength Division Multiplexing Applications”, Appl. Phys. Express 2 (2009) 092501 [0003]
Suzuki Teiichi et al., „Monolithic Multiple-Wavelength VCSEL Prototype for High-Density CWDM”, IEICE technical report, Bd 107, Nr. 198, OPE 2007-86, S. 101–106, 8. August 2007 [0003]
B. E. Lemoff et al., „MAUI: Enabling fiber-to-the-processor with parallel multiwavelength optical interconnects”, J. Lightwave Technol., 22 (9):2043, 2004 [0003]
Kannan Raji et al., „'Macrochip' Computer Systems Enabled by Silicon Photonic Interconnects”, Proceedings SPIE 7607, 760702, 2010 [0003]

Claims

Optisches Verbindungssystem mit: mehreren integrierten Halbleiterbauelementen, welche jeweils eine flächenemittierende Laser-Array-Einrichtung mit mehreren flächenemittierenden Laserelementen aufweisen, die jeweils ein Laserlicht-Ausgangssignal unterschiedlicher Wellenlänge emittieren, welches auf der Basis eines modulierten Eingangssignals moduliert ist; einem Silizium-Lichtwellenleiter, der Laserlicht-Ausgangssignale, die von den flächenemittierenden Laserelementen eines jeden der integrierten Halbleiterbauelemente emittiert sind, an ein jeweils anderes integriertes Halbleiterbauelement führt; mehreren optischen Kopplern, die jeweils einem der integrierten Halbleiterbauelemente zugeordnet sind, und die Laserlicht-Ausgangssignale zu dem Silizium-Lichtwellenleiter führen; und mit mehreren optischen Splittern, die jeweils einem der integrierten Halbleiterbauelemente zugeordnet sind, die von dem Silizium-Lichtwellenleiter geführten Laserlicht-Ausgangssignale empfangen und ein Laserlicht-Eingangssignal in ein entsprechend zugeordnetes integriertes Halbleiterbauelement einkoppeln.
Optisches Verbindungssystem nach Anspruch 1, bei dem jede flächenemittierende Laser-Array-Einrichtung ein Laserlicht-Ausgangssignal mit einer Wellenlänge von mindestens 1,0 μm und höchstens 1,2 μm emittiert.
Optisches Verbindungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die integrierten Halbleiterbauelemente, der Silizium-Lichtwellenleiter, die optischen Koppler und die optischen Splitter auf demselben Substrat angeordnet sind.
Optisches Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem jedes der integrierten Halbleiterbauelemente ferner ein Steuerteil aufweist, das das modulierte Signal erzeugt und die Wellenlängen der von den flächenemittierenden Laserelementen emittierten Laserlicht-Ausgangssignale steuert.
Optisches Verbindungssystem nach Anspruch 4, bei dem jedes der integrierten Halbleiterbauelemente ferner eine Lichtempfangseinheit aufweist, die das Laserlicht-Eingangssignal von dem optischen Splitter empfängt, das empfangene Laserlicht-Eingangssignal in ein moduliertes Stromsignal wandelt und das modulierte Stromsignal an das Steuerteil einkoppelt.
Optisches Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem jede flächenemittierende Laser-Array-Einrichtung das Laserlicht-Ausgangssignal jeweils mit einer anderen Wellenlänge innerhalb von einem Intervall von 200 GHz oder weniger bezogen auf die optische Frequenz emittiert.
Optisches Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem jede flächenemittierende Laser-Array-Einrichtung mindestens vier flächenemittierende Laserelemente aufweist.
Optisches Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem jedes flächenemittierende Laserelement umfasst einen optischen Resonator, der durch zwei Mehrschichtspiegel ausgebildet ist, eine in dem optischen Resonator angeordnete aktive Schicht und eine in dem optischen Resonator angeordnete Wellenlängenanpassungsschicht, wobei sich die Dicke der Wellenlängenanpassungsschicht von der Dicke einer Wellenlängenanpassungsschicht eines anderen flächenemittierenden Laserelements unterscheidet.
Optisches Verbindungssystem nach Anspruch 8, wobei jede Wellenlängenanpassungsschicht aus dielektrischem Material ausgebildet ist.
Optisches Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem jedes der flächenemittierende Laserelemente eine Heizanordnung aufweist, welche eine Wellenlänge des von dem flächenemittierenden Laserelement ausgesendeten Laserlicht-Ausgangssignals anpasst.
Optisches Verbindungssystem nach Anspruch 10, wobei jede Heizanordnung umfasst: einen in jedem flächenemittierenden Laserelement vorgesehenen Hochwiderstands-Heizabschnitt und einen Niedrigwiderstands-Abschnitt, der mit dem Hochwiderstands-Heizabschnitt gekoppelt und zwischen flächenemittierenden Laserelementen angeordnet ist, wobei der Niedrigwiderstands-Abschnitt einen geringeren elektrischen Widerstand hat als der Hochwiderstands-Heizabschnitt.
Optisches Verbindungssystem nach Anspruch 11, wobei jede Heizanordnung mehrere Hochwiderstands-Heizabschnitte und mehrere Niedrigwiderstands-Abschnitte aufweist, wobei die Hochwiderstands Heizabschnitte über die Niedrigwiderstands-Abschnitte in Reihe geschaltet sind.