СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ОПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА Российский патент 2018 года по МПК G02F1/25 

Перекрестные ссылки на родственные заявки

Настоящая заявка является частичным продолжением заявки на патент США № 13/831334, поданной 14 марта 2013 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к оптической системе передачи для аналоговых или цифровых радиочастотных (РЧ) сигналов с использованием твердотельного лазера с внешней модуляцией, и, в частности, к оптическому модулятору, соединенному с таким лазером.

Уровень техники

Оптическая телекоммуникационная система передает информацию из одного места в другое посредством оптического носителя, чья частота обычно находится в видимой или ближней инфракрасной области электромагнитного спектра. Носитель с такой высокой частотой иногда называется оптическим сигналом, оптическим носителем, световым пучком или световым сигналом. Оптическая телекоммуникационная система включает в себя несколько оптических волокон, и каждое оптическое волокно включает в себя несколько каналов. Канал является заданной полосой частот электромагнитного сигнала и иногда называется длиной волны. Целью использования нескольких каналов в одном и том же оптическом волокне (называемого мультиплексированием с разделением по плотности длины волны (DWDM)) является извлечение выгоды из высокой пропускной способности (то есть полосы пропускания), предлагаемой оптическими волокнами. По существу, каждый канал обладает своей длиной волны, и все длины волн достаточно разделены, чтобы предотвратить перекрытие. Стандарты Международного союза электросвязи (ITU) в настоящее время определяют разделения каналов.

Одна линия связи оптической телекоммуникационной системы обычно содержит передатчик, оптическое волокно и приемник. Оптический передатчик содержит лазер, который преобразует электрический сигнал в оптический сигнал и запускает его в оптическое волокно. Оптическое волокно перемещает оптический сигнал в приемник. Приемник преобразует оптический сигнал обратно в электрический сигнал.

Оптические передатчики для передачи аналоговых или цифровых радиочастотных (РЧ) сигналов по оптическому волокну могут использовать либо лазер с прямой модуляцией, либо лазер непрерывного излучения (CW), соединенный с внешним модулятором.

Прямое модулирование аналоговой интенсивности светоизлучающего диода (LED) или полупроводникового лазера с помощью электрического сигнала рассматривается как один из самых простых способов, известных в данной области техники для передачи аналоговых сигналов, например речевых и видеосигналов, по оптическим волокнам. Хотя такие методики аналоговой передачи обладают преимуществом существенно меньших требований к полосе пропускания, нежели цифровая передача, например цифровая импульсно-кодовая модуляция, либо аналоговая или частотно-импульсная модуляция, использование амплитудной модуляции обычно предъявляет более строгие требования к характеристикам шума и искажения у передатчика. Ограничивающим фактором на таких линиях связи может быть искажение второго порядка из-за сочетания оптической частотной модуляции, или паразитной модуляции несущей, и дисперсии волокна.

По этим причинам методики прямой модуляции обычно использовались применительно к 1310-нанометровым лазерам, где применение относится к коротким линиям передачи, которые применяют волоконно-оптические линии связи с низкой дисперсией. Также можно использовать прямую модуляцию у 1550-нанометровых лазеров, но в этом случае искажение, созданное паразитной модуляцией несущей и дисперсией, должно быть компенсировано с использованием устройства предыскажений, которое настраивается на конкретную длину волокна. В некоторых случаях, например, когда сигнал должен быть отправлен более чем в одно местоположение или по избыточным волоконным линиям связи разной длины, такое программируемое устройство предыскажений может быть нежелательным.

Чтобы избежать проблем с искажениями, связанных с паразитной модуляцией несущей и дисперсией на 1550 нм при прямой модуляции, внешние оптические модуляторы с низкой паразитной модуляцией несущей широко применяются в аналоговых волоконно-оптических системах связи, например в распределении сигналов CATV, чтобы амплитудно модулировать оптический носитель информацией или сигналом, имеющим содержимое, такое как звук, видео или сигналы данных.

Существует два общих типа внешних оптических модуляторов, реализованных в виде полупроводниковых устройств, известных в уровне техники: модуляторы Маха-Цендера и электро-абсорбционные модуляторы. Модулятор Маха-Цендера в полупроводниковом устройстве разделяет оптический пучок на две ветви или траектории, причем одна ветвь заключает в себе фазовый модулятор. Пучки затем рекомбинируются, что приводит к взаимным помехам двух волновых фронтов, посредством этого амплитудно модулируя результирующий световой пучок в зависимости от модулированного сигнала смещения, поданного на фазомодулированную ветвь. Электро-абсорбционный модулятор реализуется в виде волновода в полупроводниковом устройстве, в котором спектр поглощения в волноводе модулируется приложенным электрическим полем смещения, которое изменяет энергию свободного электрона в той области полупроводника, посредством этого модулируя амплитуду или интенсивность светового пучка, проходящего через волновод.

Раскрытие изобретения

Задачи изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в создании усовершенствованной оптической системы передачи, использующей лазер с внешней модуляцией.

Другая задача настоящего изобретения состоит в создании электрооптического модулятора для использования в 1550-нанометровой оптической системе передачи с внешней модуляцией с большой мощностью и хорошей линейностью, использующего модулированный полупроводниковый насыщающийся поглотитель.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в создании высоколинейной оптической системы передачи, подходящей для протяженных диспергирующих волоконно-оптических сред, использующей лазер с внешней модуляцией с заданным смещением и оптический модулятор с меньшим электрическим смещением.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в создании оптического модулятора, имеющего область волновода, эксплуатируемую в области с характеристикой положительного напряжения и отрицательного тока, подходящего для использования в аналоговой оптической системе передачи, использующей протяженные диспергирующие волоконно-оптические среды.

Также задача настоящего изобретения состоит в создании способа смещения полупроводниковой волноводной области в электрооптическом модуляторе в широкополосной аналоговой оптической системе передачи таким образом, чтобы носители возбуждались в зону проводимости и экстрагировались из полупроводника с помощью электрического поля.

Также задача настоящего изобретения состоит в создании способа изготовления оптического модулятора путем оценивания пиковой длины волны усиления у полупроводникового материала и изготовления модулятора с вещественным составом области квантовой ямы, чтобы модулятор имел рабочую длину волны меньше пиковой длины волны усиления у полупроводникового материала.

Также задача настоящего изобретения состоит в создании способа изготовления оптического модулятора путем определения вещественного состава области квантовой ямы, чтобы модулятор был прозрачным при пиковой длине волны усиления, которая больше заданной длины волны на заданную величину.

Также задача настоящего изобретения состоит в создании способа изготовления оптического модулятора с использованием измерения электролюминесценции для определения вещественного состава области квантовой ямы перед изготовлением решетки лазера.

Также задача настоящего изобретения состоит в создании способа изготовления объединенных лазера и оптического модулятора, компонующих решетку лазера, чтобы пиковая длина волны усиления, ассоциированная с модуляторной частью этой структуры, была по меньшей мере на 10 нм меньше длины волны светового пучка из лазера.

Некоторые реализации или варианты осуществления могут решать не все из вышеупомянутых задач.

Признаки изобретения

Вкратце и в общих чертах настоящее изобретение обеспечивает способ эксплуатации оптического модулятора, включающего в себя полупроводниковое устройство, имеющее оптический вход для приема когерентного светового пучка непрерывного излучения, имеющего заданную мощность, волновод для переноса светового пучка, электрод, соединенный с входом радиочастотного сигнала и напряжением смещения для создания электрического поля в волноводе и оптического модулирования светового пучка, когда пучок проходит через волновод, и оптический выход, соединенный с волноводом, для переноса модулированного оптического сигнала, причем способ включает в себя направление когерентного светового пучка непрерывного излучения (cw) на оптический вход; и подачу напряжения смещения на электрод, чтобы когерентный световой пучок оптически модулировался сигналом, модулирующим характеристику поглощения в полупроводниковом устройстве, чтобы волновод работал в области поглощения при длинах волн меньше пиковой длины волны усиления.

В некоторых вариантах осуществления модулятор формирует электрический ток из фотогальванического эффекта, причем ток выводится или экстрагируется из модулятора.

В некоторых вариантах осуществления модулируется плотность носителей по длине полупроводникового модулятора в направлении оптического пучка, посредством этого оптически модулируя оптический пучок непрерывного излучения, входящий в модулятор.

В некоторых вариантах осуществления пиковая длина волны усиления у оптического сигнала в зависимости от длины волны по меньшей мере на 10 нм больше длины волны оптического пучка непрерывного излучения.

В некоторых вариантах осуществления полупроводниковое устройство эксплуатируется в области отрицательного тока у характеристики I-V.

В некоторых вариантах осуществления пиковая длина волны усиления, ассоциированная с модулятором, от 20 до 40 нм больше длины волны света, направленного на модулятор.

В некоторых вариантах осуществления смещение находится в диапазоне от 0,6 до 1,0 вольта при когерентном световом пучке, направленном на оптический вход.

В некоторых вариантах осуществления смещение находится в диапазоне от 0,7 до 0,9 вольта при когерентном световом пучке, направленном на оптический вход.

В некоторых вариантах осуществления напряжение на переходе модулятора без инжекции или экстракции полного тока находится в диапазоне от 0,7 до 0,9 вольта при когерентном световом пучке, направленном на оптический вход.

В некоторых вариантах осуществления напряжение на переходе модулятора без инжекции или экстракции полного тока составляет 0,8 вольта при когерентном световом пучке, направленном на оптический вход.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления оптического модулятора, включающего в себя полупроводниковое устройство, имеющее оптический вход для приема когерентного светового пучка непрерывного излучения, имеющего заданную мощность, волноводный слой для переноса светового пучка, электрод, соединенный с входом радиочастотного сигнала и напряжением смещения для создания электрического поля в волноводе и оптического модулирования светового пучка, когда пучок проходит через волновод, и оптический выход, соединенный с волноводом, для переноса модулированного оптического сигнала, причем способ включает в себя определение длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, который будет направлен на модулятор; определение усиления оптического сигнала в зависимости от длины волны для различных заданных составов волноводного слоя; и изготовление волноводного слоя с конкретным составом, чтобы пик усиления оптического сигнала в зависимости от длины волны был больше заданной длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, который будет направлен на модулятор.

В некоторых вариантах осуществления пик усиления оптического сигнала в волноводном слое от 20 до 40 нм больше длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, который будет направлен на модулятор.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления лазерного передатчика для оптической связи, включающего в себя полупроводниковое устройство, включающее в себя (a) первую полупроводниковую область для создания когерентного светового выхода в ответ на инжекцию тока; и (b) вторую полупроводниковую область, расположенную рядом с первой полупроводниковой областью и отделенную от нее каналом, причем вторая полупроводниковая область имеет оптический вход, оптически соединенный с ней для приема когерентного светового выхода из первой полупроводниковой области, и оптический выход, соединенный со второй полупроводниковой областью, для переноса модулированного оптического сигнала, причем способ включает в себя формирование лазерного резонатора в первой полупроводниковой области, чтобы работать на выходной длине волны; формирование полупроводниковой волноводной структуры во второй полупроводниковой области для переноса когерентного светового выхода от светового пучка первой полупроводниковой области; формирование оптического модулятора в полупроводниковой волноводной структуре, причем оптический модулятор включает в себя активный слой, включающий в себя область квантовой ямы, и электрод, соединенный с входом радиочастотного сигнала и напряжением смещения для создания электрического поля в волноводной структуре, чтобы когерентный световой выход оптически модулировался, когда световой пучок проходит через волновод; определение вещественного состава области квантовой ямы, чтобы модулятор был прозрачным при пиковой длине волны усиления, которая больше выходной длины волны лазерного резонатора на заданную величину; и изготовление модулятора с упомянутым определенным вещественным составом.

В некоторых вариантах осуществления пиковая длина волны усиления, ассоциированная с модулятором, от 20 до 40 нм больше выходной длины волны света, направленного на модулятор.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ выполнения измерения электролюминесценции над волноводной структурой.

В некоторых вариантах осуществления измерение электролюминесценции над волноводной структурой проводится перед изготовлением лазерного резонатора.

В некоторых вариантах осуществления выходная длина волны лазерного резонатора определяется по решетке в лазерном резонаторе, и решетка формируется так, что пиковая длина волны усиления, ассоциированная с лазерным резонатором, от 20 до 40 нм меньше пиковой длины волны усиления, при которой модуляторная область прозрачна.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает электрооптическую систему, содержащую полупроводниковое устройство, включающее в себя: (a) первую полупроводниковую область, включающую в себя лазерный резонатор, работающий для создания когерентного светового выхода в ответ на инжекцию тока; и (b) вторую полупроводниковую область, расположенную рядом с первой полупроводниковой областью и отделенную от нее каналом, причем вторая полупроводниковая область имеет такой же состав, как и первая полупроводниковая область, и включает в себя оптический вход, оптически соединенный с первой полупроводниковой областью, для приема когерентного светового выхода из первой полупроводниковой области, причем второе полупроводниковое устройство электрически смещается при более низком втором напряжении смещения, чем первое полупроводниковое устройство, и электрически соединяется с источником содержащего информацию радиочастотного сигнала, чтобы ток формировался во втором полупроводниковом устройстве и экстрагировался из него, пока когерентный световой пучок оптически модулируется сигналом.

В некоторых вариантах осуществления первое напряжение смещения является положительным смещением, а второе смещение находится в диапазоне от 0,7 до 0,9 вольта при когерентном световом выходе, поданном на оптический вход.

В некоторых вариантах осуществления полупроводниковая область содержит фосфид-индиевую полупроводниковую волноводную структуру.

В некоторых вариантах осуществления первая полупроводниковая область содержит фосфид-индиевую полупроводниковую усилительную структуру, содержащую зеркальные первую концевую область и вторую концевую область, расположенные рядом с модулятором.

В некоторых вариантах осуществления полупроводниковое устройство включает в себя первый электрод, расположенный над фосфид-индиевой полупроводниковой усилительной структурой, и второй электрод, расположенный над фосфид-индиевой полупроводниковой волноводной структурой.

В некоторых вариантах осуществления смещение, приложенное ко второму электроду, равно нулю.

В некоторых вариантах осуществления смещение, приложенное ко второму электроду, составляет плюс или минус 0,1 вольта от значения напряжения, которое возникло бы, если бы модулятор накачивался лазерным источником, и никакой ток не инжектировался или экстрагировался из электрода, соединенного с модулятором.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления оптического модулятора, включающего в себя полупроводниковое устройство, имеющее оптический вход для приема когерентного светового пучка непрерывного излучения, имеющего заданную мощность, волновод в полупроводниковом устройстве для переноса светового пучка, электрод, расположенный на полупроводниковом устройстве и соединенный с входом радиочастотного сигнала и напряжением смещения для создания электрического поля в волноводе и оптического модулирования светового пучка, когда пучок проходит через волновод, и оптический выход в полупроводниковом устройстве, соединенный с волноводом, для переноса модулированного оптического сигнала, причем способ содержит этапы задания длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, который будет направлен на модулятор; определения усиления оптического сигнала в волноводе в зависимости от длины волны для различных заданных составов волновода и изготовления волновода с конкретным составом, чтобы пик усиления оптического сигнала в зависимости от длины волны был более чем на 10 нм больше заданной длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, который будет направлен на модулятор.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления оптического модулятора, включающего в себя полупроводниковое устройство, имеющее оптический вход для приема когерентного светового пучка непрерывного излучения, имеющего заданную мощность, волновод в полупроводниковом устройстве для переноса светового пучка, электрод, расположенный на полупроводниковом устройстве и соединенный с входом радиочастотного сигнала и напряжением смещения для создания электрического поля в волноводе и оптического модулирования светового пучка, когда пучок проходит через волновод, и оптический выход в полупроводниковом устройстве, соединенный с волноводом, для переноса модулированного оптического сигнала, причем способ содержит этапы задания длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, который будет направлен на модулятор; проведения измерения электролюминесценции модулятора при условиях разомкнутой цепи для определения усиления оптического сигнала в волноводе в зависимости от длины волны; изготовления волновода с конкретным составом, чтобы пик усиления оптического сигнала в зависимости от длины волны был более чем на 10 нм больше заданной длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, который будет направлен на модулятор.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления лазерного передатчика для оптической связи, включающего в себя полупроводниковое устройство, включающее в себя (a) первую полупроводниковую область для создания когерентного светового выхода в ответ на инжекцию тока; и (b) вторую полупроводниковую область, расположенную рядом с первой полупроводниковой областью и отделенную от нее каналом, причем вторая полупроводниковая область имеет оптический вход, оптически соединенный с ней для приема когерентного светового выхода из первой полупроводниковой области, и оптический выход, соединенный со второй полупроводниковой областью, для переноса модулированного оптического сигнала, причем способ содержит обеспечение заданного значения длины волны, при котором передатчик спроектирован для работы; формирование лазерного резонатора в первой полупроводниковой области; формирование полупроводниковой волноводной структуры во второй полупроводниковой области для переноса когерентного светового выхода от светового пучка первой полупроводниковой области; формирование оптического модулятора в полупроводниковой волноводной структуре, причем оптический модулятор включает в себя активный слой, включающий в себя область квантовой ямы, и электрод, соединенный с входом радиочастотного сигнала и напряжением смещения для создания электрического поля в волноводной структуре, чтобы когерентный световой выход оптически модулировался, когда световой пучок проходит через волновод; и проведение измерения электролюминесценции модулятора при условиях разомкнутой цепи для определения усиления оптического сигнала в волноводе в зависимости от длины волны; определение вещественного состава области квантовой ямы, чтобы модулятор был оптически прозрачным для когерентного светового выхода при пиковой длине волны усиления, которая больше заданной длины волны на заданную величину, и изготовление модулятора с упомянутым определенным вещественным составом.

В некоторых вариантах осуществления заданная величина разницы в длине волны больше 10 нм, но меньше 50 нм.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает электрооптическую систему, содержащую полупроводниковое устройство, включающее в себя: (a) первую полупроводниковую область, включающую в себя лазерный резонатор, работающий для создания когерентного светового выхода непрерывного излучения в ответ на инжекцию тока на заданной длине волны; и (b) вторую полупроводниковую область, расположенную рядом с первой полупроводниковой областью и отделенную от нее каналом, причем вторая полупроводниковая область имеет такой же состав, как и первая полупроводниковая область, и включает в себя оптический вход, оптически соединенный с первой полупроводниковой областью, для приема когерентного светового выхода из первой полупроводниковой области, причем второе полупроводниковое устройство электрически смещается при более низком втором напряжении смещения, чем первое полупроводниковое устройство, и электрически соединяется с источником содержащего информацию радиочастотного сигнала, чтобы ток формировался во втором полупроводниковом устройстве и экстрагировался из него, пока когерентный световой пучок, переданный во второй полупроводниковой области, оптически модулируется сигналом, чтобы пик усиления оптического сигнала в зависимости от длины волны был более чем на 10 нм больше заданной длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, направленного на модулятор.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает оптический модулятор, содержащий вход содержащего информацию радиочастотного сигнала; полупроводниковое устройство, имеющее оптический вход для приема когерентного светового пучка, и электрод, соединенный с упомянутым входом радиочастотного сигнала и имеющий модулированное напряжение смещения, чтобы ток формировался в полупроводниковом устройстве и экстрагировался из него, компонуя волновод с конкретным составом, чтобы в то время, как когерентный световой пучок оптически модулируется сигналом, пик усиления оптического сигнала в зависимости от длины волны был более чем на 10 нм больше заданной длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, направленного на модулятор.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления оптического модулятора, содержащего вход содержащего информацию радиочастотного сигнала; полупроводниковое устройство, имеющее оптический вход для приема когерентного светового пучка, и электрод, соединенный с упомянутым входом радиочастотного сигнала и имеющий модулированное напряжение смещения, чтобы ток формировался в полупроводниковом устройстве и экстрагировался из него, пока когерентный световой пучок оптически модулируется сигналом, чтобы пик усиления оптического сигнала в зависимости от длины волны был более чем на 10 нм больше заданной длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, направленного на модулятор.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает электрооптическую систему, содержащую полупроводниковое устройство, включающее в себя первую полупроводниковую область, включающую в себя лазерный резонатор, работающий для создания когерентного светового выхода в ответ на инжекцию тока; и вторую полупроводниковую область, расположенную рядом с первой полупроводниковой областью и отделенную от нее каналом, причем вторая полупроводниковая область имеет оптический вход, оптически соединенный с ней для приема когерентного светового выхода из первой полупроводниковой области, причем второе полупроводниковое устройство электрически смещается при более низком втором напряжении смещения, чем первое полупроводниковое устройство, и электрически соединяется с источником содержащего информацию радиочастотного сигнала, чтобы ток формировался во втором полупроводниковом устройстве и экстрагировался из него, пока когерентный световой пучок оптически модулируется, чтобы пик усиления оптического сигнала в зависимости от длины волны был более чем на 10 нм больше заданной длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, направленного на модулятор.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает лазерный передатчик для оптической связи, содержащий первое полупроводниковое устройство, включающее в себя лазерный резонатор, работающий для создания когерентного светового выхода в ответ на инжекцию тока при первом напряжении смещения; второе полупроводниковое устройство, расположенное рядом с первым полупроводниковым устройством и имеющее оптический вход, оптически соединенный с ним для приема когерентного светового выхода, причем второе полупроводниковое устройство электрически смещается при более низком втором напряжении смещения, чем первое полупроводниковое устройство, и электрически соединяется с источником содержащего информацию радиочастотного сигнала, чтобы ток формировался во втором полупроводниковом устройстве и экстрагировался из него, пока когерентный световой пучок оптически модулируется, чтобы пик усиления оптического сигнала в зависимости от длины волны был более чем на 10 нм больше заданной длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, направленного на модулятор.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления лазерного передатчика для оптической связи, содержащего первое полупроводниковое устройство, включающее в себя лазерный резонатор, работающий для создания когерентного светового выхода в ответ на инжекцию тока при первом напряжении смещения; второе полупроводниковое устройство, расположенное рядом с первым полупроводниковым устройством и имеющее оптический вход, оптически соединенный с ним для приема когерентного светового выхода, причем второе полупроводниковое устройство электрически смещается при более низком втором напряжении смещения, чем первое полупроводниковое устройство, и электрически соединяется с источником содержащего информацию радиочастотного сигнала, чтобы ток формировался во втором полупроводниковом устройстве, пока когерентный световой пучок оптически модулируется, чтобы пик усиления оптического сигнала в зависимости от длины волны был более чем на 10 нм больше заданной длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, направленного на модулятор.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ эксплуатации оптического модулятора, включающего в себя полупроводниковое устройство, имеющее оптический вход для приема когерентного светового пучка непрерывного излучения, имеющего заданную мощность, волноводный слой для переноса светового пучка, электрод, соединенный с входом радиочастотного сигнала и напряжением смещения для создания электрического поля в волноводе и оптического модулирования светового пучка, когда пучок проходит через волновод, и оптический выход, соединенный с волноводом, для переноса модулированного оптического сигнала, причем способ содержит: направление когерентного светового пучка непрерывного излучения на оптический вход; и подачу напряжения смещения на электрод, чтобы когерентный световой пучок оптически модулировался, и пик усиления оптического сигнала в зависимости от длины волны был более чем на 30 нм больше заданной длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, направленного на модулятор.

В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ создания оптического модулятора путем определения вещественного состава области квантовой ямы в волноводной части модулятора, чтобы модулятор был прозрачным при пиковой длине волны усиления, которая больше заданной длины волны на заданную величину, и изготовления модулятора с определенным вещественным составом.

В некоторых вариантах осуществления рабочая длина волны модулятора составляет от 1540 до 1550 нм.

В некоторых вариантах осуществления пик усиления оптического сигнала в зависимости от длины волны более чем на 20 нм больше заданной длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, который будет направлен на модулятор.

В некоторых вариантах осуществления пик усиления оптического сигнала в зависимости от длины волны на 30 нм больше заданной длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, который будет направлен на модулятор.

В некоторых вариантах осуществления рабочая длина волны модулятора по меньшей мере на 30 нм меньше пиковой длины волны усиления.

В некоторых вариантах осуществления рабочая длина волны модулятора от 30 до 40 нм меньше пиковой длины волны усиления.

В некоторых вариантах осуществления рабочая длина волны модулятора на 40 нм меньше пиковой длины волны усиления.

В некоторых вариантах осуществления лазер и модулятор объединяются на одной полупроводниковой подложке.

В другом аспекте напряжение смещения, поданное на лазер, меньше напряжения смещения, поданного на модулятор.

В некоторых вариантах осуществления внешнее напряжение смещения, поданное на модулятор, составляет плюс или минус 0,1 вольта.

В некоторых вариантах осуществления модулятор оптически накачивается световым пучком от лазера до уровня 0,8 вольта.

В другом аспекте при работе модулятор формирует электрический ток из фотогальванического эффекта, который выводится из модулятора.

В другом аспекте модулируется плотность носителей по длине полупроводникового модулятора в направлении оптического пучка, посредством этого оптически модулируя оптический пучок непрерывного излучения, входящий в модулятор.

В другом аспекте модулятор содержит фосфид-индиевую полупроводниковую волноводную структуру.

В другом аспекте лазер содержит фосфид-индиевую полупроводниковую усилительную структуру, содержащую зеркальные первую концевую область и вторую концевую область, расположенные рядом с модулятором.

В другом аспекте лазер включает в себя первый электрод, расположенный над фосфид-индиевой полупроводниковой усилительной структурой.

В другом аспекте модулятор включает в себя второй электрод, расположенный над фосфид-индиевой полупроводниковой волноводной структурой.

В другом аспекте лазер и модулятор объединяются на одной полупроводниковой подложке, и вертикальный зазор, простирающийся приблизительно на один микрон в ту подложку, электрически разделяет лазер и модулятор. Лазер и модулятор оптически соединены общим оптическим волноводом.

Дополнительные задачи, преимущества и новые признаки настоящего изобретения станут очевидны специалистам в данной области техники из данного раскрытия, включая нижеследующее подробное описание, а также путем применения изобретения на практике. Хотя изобретение описано ниже в отношении предпочтительных вариантов осуществления, следует понимать, что изобретение этим не ограничивается. Специалистам в данной области техники, имеющим доступ к идеям, представленным в этом документе, будут понятны другие применения, модификации и варианты осуществления в других областях, которые входят в объем изобретения, которое раскрыто и заявлено в настоящем документе, и по отношению к которым изобретение могло бы быть полезным.

Краткое описание чертежей

Эти и другие признаки и преимущества данного изобретения будут более и полнее понятны по нижеследующему подробному описанию при рассмотрении в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг. 1 - пример оптической системы передачи с внешней модуляцией, известной в уровне техники;

Фиг. 2 - первый вариант осуществления внешнего модулятора, соединенного с лазером, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 3 - второй вариант осуществления внешнего модулятора, соединенного с лазером, в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 4 - график вольтамперных рабочих характеристик у электрооптического модулятора для различных входных мощностей в уровне техники и в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 5 - график, изображающий выходную мощность модулятора в зависимости от входной мощности модулятора при различных рабочих уровнях тока в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 6 - график, изображающий выходную мощность модулятора в зависимости от входной мощности модулятора при различных рабочих уровнях в соответствии с модулятором Маха-Цендера или модулятором EA, известными в уровне техники;

Фиг. 7 - график, изображающий модальное усиление в зависимости от длины волны, показывающий пиковую длину волны усиления для данного состава волновода модулятора;

Фиг. 8 - график, изображающий модальное усиление в зависимости от длины волны, показывающий пиковую длину волны усиления и диапазон возможных рабочих длин волн для исполнения волновода модулятора;

Фиг. 9 - график, изображающий модальное усиление в зависимости от длины волны, показывающий пиковую длину волны усиления и выбранную рабочую длину волны для данного состава волновода модулятора;

Фиг. 10 - график, изображающий модальное усиление в зависимости от длины волны, показывающий пиковую длину волны усиления из измерения электролюминесценции у модулятора-образца при различных значениях тока модулятора; и

Фиг. 11 - график, изображающий пиковую длину волны усиления в зависимости от тока из измерения электролюминесценции у модулятора-образца при различных значениях тока модулятора.

Дополнительные задачи, преимущества и новые признаки настоящего изобретения станут очевидны специалистам в данной области техники из данного раскрытия, включая нижеследующее подробное описание, а также путем применения изобретения на практике. Хотя изобретение описано ниже в отношении предпочтительных вариантов осуществления, следует понимать, что изобретение этим не ограничивается. Специалистам в данной области техники, имеющим доступ к идеям, представленным в этом документе, будут понятны другие применения, модификации и варианты осуществления в других областях, которые входят в объем изобретения, которое раскрыто и заявлено в настоящем документе, и по отношению к которым изобретение могло бы быть полезным.

Осуществление изобретения

Теперь будут описаны подробности настоящего изобретения, включая его примерные аспекты и варианты осуществления. В отношении чертежей и нижеследующего описания одинаковые номера ссылочных позиций используются для идентификации одинаковых или функционально сходных элементов и предназначены для иллюстрации главных признаков примерных вариантов осуществления очень упрощенным и схематичным образом. Кроме того, чертежи не предназначены ни для изображения каждого признака фактического варианта осуществления, ни относительных размеров изображенных элементов, и не выполнены в масштабе.

По всему этому описанию изобретения упоминание «одного варианта осуществления» или «варианта осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные по отношению к этому варианту осуществления, включены по меньшей мере в один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, использование словосочетаний «в одном варианте осуществления» или «в варианте осуществления» в разных местах по всему этому описанию изобретения необязательно указывает на один и тот же вариант осуществления. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики могут объединяться любым подходящим способом в одном или более вариантах осуществления.

Фиг. 1 - блок-схема оптической системы передачи из уровня техники, в которой информация или «содержимое», например звук, видео, файлы данных, базы данных или другие данные, передаются оптическим передатчиком по волоконно-оптической линии связи удаленному приемнику, где содержимое информации воспроизводится, отображается, выполняется, исполняется или используется иным образом. Оптический передатчик может быть таким, как представлен в патенте США № 5699179, использующим внешний модулятор. Передатчик, показанный в общем позицией 10, передает оптический сигнал удаленному приемнику 30 по волоконно-оптическому пути 20. Передатчик 10 включает в себя полупроводниковый лазер 11, который создает выход непрерывного излучения (CW). Типичными примерами таких лазеров являются лазеры с распределенной обратной связью (DFB) или лазеры Фабри-Перо, которые создают выходной оптический пучок с длиной волны 1550 нм. Немодулированный оптический сигнал из лазера соединяется с модулятором 13 посредством оптического волокна 12. Модулятор 13 может быть одиночным модулятором, например модулятором Маха-Цендера, каскадным MZ-модулятором или более чем одним модулятором, например в упреждающем линеаризаторе.

Информация или сигнал 14, имеющий содержимое, например звук, видео или данные, сначала преобразуется в широкополосный РЧ-сигнал в подходящем канале или полосе частот для передачи, например сигнал кабельного телевидения (CATV) с амплитудной модуляцией и частично подавленной боковой полосой (AM-SDB) или видеосигнал, или цифровой сигнал, например символы с квадратурной амплитудной модуляцией (QAM), который представляет данные в цифровом формате. Широкополосный РЧ-сигнал 15 подается в модулятор 13 через некую клемму или электрод на его поверхности. Электрическое смещение 16 также подается в модулятор 13.

Модулированный оптический сигнал, который несет видеоданные, в некоторых вариантах осуществления может соединяться с усилителем 17, который, в свою очередь, соединяется с волоконной линией 20 связи. Усилитель 17 обычно является волоконным усилителем, легированным эрбием (EDFA). Усиленный оптический сигнал передается по волоконно-оптической линии 20 передачи в приемник 30. Волоконно-оптическая линия 20 передачи может быть протяженной линией связи, тянущейся вплоть до 100 км. В этом случае линейные усилители, например EDFA 17, могут предоставляться с интервалами вдоль линии, чтобы усиливать сигнал до нужных уровней. В приемнике 30 также может предоставляться усилитель (не показан) для усиления входящего оптического сигнала. Усиленный сигнал затем подается в фотодетектор и демодулируется в приемнике 30 в электрический РЧ-сигнал 31, который подается в терминал или дисплей 32, где исходный звук, видео или сигнал данных воспроизводятся в удаленном местоположении.

Фиг. 2 - первый вариант осуществления оптического передатчика, включающего в себя внешний модулятор, соединенный с лазером, в соответствии с настоящим изобретением. Изображается полупроводниковый лазер 11, который создает выход непрерывного излучения (CW). Лазер 11 эксплуатируется с электрическим смещением, которое обозначается как Смещение (1). Немодулированный оптический пучок из лазера соединяется с внешним модулятором 51 посредством оптического волокна 50 или путем распространения в свободном пространстве. Модулятор 51 конфигурируется в качестве волновода с соединенными с ним электродами и эксплуатируется с электрическим смещением, которое обозначается как смещение (2), которое меньше смещения (1). В некоторых вариантах осуществления смещение (2) может быть равно 0,8 вольта, а смещение (1) может быть равно 1,2 вольта. В некоторых вариантах осуществления смещение (2) может составлять плюс или минус 0,1 вольта от значения напряжения, которое возникло бы, если бы модулятор накачивался лазерным источником, и никакой ток не инжектировался или экстрагировался из электрода, соединенного с модулятором. В некоторых вариантах осуществления смещение (2) может находиться в диапазоне 0,7 до 0,9 вольта. В некоторых вариантах осуществления смещение (2) может находиться в диапазоне 0,6 до 1,0 вольта.

Содержащий информацию РЧ-сигнал 53 также поступает на электрод модулятора 51, чтобы во время модуляции электрическое смещение, приложенное к модулятору, оставалось меньше смещения (1). Электрическое смещение, приложенное к модулятору 51, определяет величину светового пучка непрерывного излучения из лазера 11, которая абсорбируется модулятором 51. Таким образом, световой пучок непрерывного излучения, входящий в модулятор, изменяется или модулируется РЧ-сигналом 53. Оптический выход предоставляется для переноса модулированного оптического пучка в выходное волокно 55.

Фиг. 3 - второй вариант осуществления внешнего модулятора, соединенного с лазером, в соответствии с настоящим изобретением. Исполнение и работа устройства из фиг. 3 аналогичны устройству из фиг. 2, за исключением того, что лазер и модулятор реализуются в одном цельном полупроводниковом устройстве. В частности, изображается полупроводниковое устройство 100, включающее в себя первую полупроводниковую область 103, включающую в себя лазерный резонатор 100, работающий для создания когерентного светового выхода в ответ на инжекцию тока; и вторую полупроводниковую область 104, расположенную рядом с первой полупроводниковой областью и отделенную от нее каналом 105. Вторая полупроводниковая область 104 имеет оптический вход, оптически соединенный с ней для приема когерентного светового выхода, излученного из первой полупроводниковой области 103 и проходящего через канал 105.

Первое полупроводниковое устройство 103 электрически смещается посредством электрода 107 на верхней стороне, который соединен с внешним напряжением 106 смещения для инжекции тока в область 103. Второе полупроводниковое устройство включает в себя волноводный слой для переноса светового пучка из оптического входа, электрод 109, соединенный с входом 110 радиочастотного сигнала и напряжением 108 смещения для создания электрического поля в волноводе и оптического модулирования светового пучка, когда пучок проходит через волновод. Второе полупроводниковое устройство дополнительно включает в себя оптический выход 112, соединенный с волноводом, для переноса модулированного оптического сигнала во внешнее волокно или другой оптический компонент. Напряжение смещения, поданное на электрод 109, подходящим образом выбирается так, чтобы когерентный световой пучок в волноводе оптически модулировался поданным РЧ-сигналом путем изменения или модулирования характеристики поглощения в полупроводниковом устройстве, пока ток, сформированный в волноводе в результате фотопоглощения когерентного светового пучка непрерывного излучения, экстрагируется из полупроводникового устройства. Сформированные высокочастотный и постоянный токи принимаются РЧ-источником и постоянным смещением соответственно.

В некоторых вариантах осуществления лазер и модулятор содержат однокристальное фосфид-индиевое полупроводниковое устройство. Лазер может содержать область 103 фосфид-индиевой полупроводниковой усилительной структуры, имеющей зеркальные первую концевую область и вторую концевую область, расположенные рядом с модулятором. Первый электрод 107 располагается над фосфид-индиевой полупроводниковой усилительной структурой 103, а второй электрод 109 располагается над фосфид-индиевой полупроводниковой волноводной структурой 104, и заземляющий электрод 102 предоставляется тянущимся по нижней поверхности всей полупроводниковой структуры.

В варианте осуществления, в котором лазер и модулятор объединяются на одной полупроводниковой подложке, вертикальный зазор, простирающийся приблизительно на 1 микрон в подложку, электрически разделяет лазер и модулятор, или первую и вторую полупроводниковые области 103 и 104.

В других вариантах осуществления лазер и модулятор реализуются на двух соседних дискретных полупроводниковых устройствах, например, изображенных на фиг. 2. В некоторых вариантах осуществления лазер и модуляторные устройства могут разделять воздушный зазор, имеющий ширину менее 1 микрона.

Первое полупроводниковое устройство 103 электрически смещается посредством электрода 107 на верхней стороне, который соединен с внешним напряжением 106 смещения. Второе полупроводниковое устройство 104 электрически смещается при более низком втором напряжении смещения, чем первое полупроводниковое устройство 103. Конкретное смещение второго полупроводникового устройства 104 и вольтамперные рабочие характеристики устройства будут подробнее описаны со ссылкой на фиг. 4.

Фиг. 4 - график вольтамперных рабочих характеристик у электрооптического модулятора для различных входных мощностей (то есть 10 мВт, 20 мВт, 30 мВт и 40 мВт) оптического пучка непрерывного излучения в уровне техники и в соответствии с настоящим изобретением. В уровне техники в электро-абсорбционном модуляторе волновод смещается для работы в области с отрицательным напряжением и положительным током, которая показана областью с пунктирной линией, помеченной «РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН EA ИЗ УРОВНЯ ТЕХНИКИ». В модуляторе в соответствии с настоящим изобретением волновод смещается для работы в области с положительным напряжением и более сильным отрицательным током, которая показана областью с пунктирной линией, помеченной «ПРЕДЛОЖЕННЫЙ РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН».

В отсутствие какого-либо поданного сигнала смещения небольшая величина оптического пучка непрерывного излучения абсорбируется в модуляторе, и это вызывает наращивание равновесной плотности носителей в модуляторе. Эти носители рекомбинируются с типичным временем существования около одной наносекунды. Равновесный уровень достигается, когда количество носителей, сформированных оптическим поглощением, уравновешивает количество, потерянное при рекомбинации. В варианте осуществления поглощение является высоким, когда уровень носителей низкий, и поглощение является низким, когда плотность носителей высокая. Когда подается сигнал смещения, носители экстрагируются из модулятора. Это снижает плотность носителей и поэтому увеличивает поглощение у модулятора. В частности, если ток -10 мА экстрагируется из модулятора, то поглощение увеличивается на величину, необходимую для создания того тока -10 мА. Аналогичным образом, если ток -20 мА экстрагируется из модулятора, то поглощение увеличивается на величину, необходимую для создания того тока -20 мА. Другой способ описания работы состоит в том, что носители в полупроводниковом волноводе, сформированном оптическим пучком непрерывного излучения, возбуждаются в зону проводимости и экстрагируются из полупроводниковой области путем приложения электрического поля смещения.

Фиг. 5 показывает график выходной мощности в зависимости от входной мощности для модулятора в соответствии с настоящим изобретением, причем параметром является ток, экстрагированный из модулятора. Поскольку предложенный модулятор обладает низким радиочастотным полным сопротивлением, можно модулировать его способом, который близок к модуляции источника тока (по меньшей мере вплоть до точки, где выходная мощность близка к 0). Как видно из фиг. 5, это действительно модулирует мощность насыщения у устройства. При работе на фиксированной входной мощности, например, в 30 мВт результирующим эффектом является модуляция оптической выходной мощности. Работа аналогична устройству вычитания оптической мощности, в котором количество света, соответствующее экстрагированному току, абсорбируется из входного оптического пучка непрерывного излучения. На самом деле после того, как абсорбируется количество света, соответствующее экстрагированному току, тот механизм поглощения насыщается.

Работа модулятора из фиг. 5 должна отличаться от традиционного модулятора, где модулируется коэффициент прозрачности. Фиг. 6 показывает, что происходит с модулятором типа MZ или EA. Параметром на этой фиг. 6 является пропускание через модулятор. Для фиксированной входной мощности в 30 мВт создается модулированный выход, аналогичный выходу предложенного модулятора. Однако изменение выходной оптической мощности вместе с входной оптической мощностью посредством фиксированного сигнала смещения практически линейное, в отличие от изменения по типу насыщения у предложенного модулятора. Это отражает совершенно иной механизм модуляции, заключенный в предложенном модуляторе.

Фиг. 7 - график, изображающий модальное усиление в зависимости от длины волны, показывающий пиковую длину волны усиления для данного состава волновода модулятора. Отметим, что существуют разные максимальные или пиковые значения модального усиления для разных значений тока через модулятор.

Фиг. 8 - график, изображающий модальное усиление в зависимости от длины волны, показывающий пиковую длину волны усиления и диапазон возможных рабочих длин волн для исполнения волновода модулятора.

Фиг. 9 - график, изображающий модальное усиление в зависимости от длины волны, показывающий пиковую длину волны усиления и выбранную рабочую длину волны для данного состава волновода модулятора.

В предложенном устройстве в соответствии с настоящим изобретением материал в секции 104 модулятора накачивается главным образом светом, поступающим из лазерного источника 103, то есть рабочим постоянным током. В условиях испытаний можно оценить модулятор при условии разомкнутой цепи, где постоянный ток ни инжектируют, ни экстрагируют из модулятора. При этом условии разомкнутой цепи материал в секции 104 модулятора накачивается для придания плотности носителей чуть ниже уровня, для которого материал становится оптически прозрачным или не имеет фактического поглощения или усиления. Переход модулятора при этом условии происходит при напряжении, соответствующем прямому смещению примерно в 0,8 вольта (аналогичному напряжению в разомкнутой цепи солнечного элемента).

Модулятор не обязан использоваться с условием смещения в разомкнутой цепи. Можно либо сместить модулятор путем инжекции тока, в этом случае материал перейдет к оптическому усилению, либо экстракции тока, и в этом случае поглощение увеличивается по сравнению с условием смещения в разомкнутой цепи. Значения тока на кривых, изображенных на фиг. 7, задуманы всего лишь как номинальные или показательные, чтобы изобразить типичные пиковые длины волн усиления при разных значениях тока, поскольку изображенные данные выводятся из прототипной тестовой структуры, которая накачивается только электрически, в отличие от предложенного модулятора, который использовался бы на практике и который накачивался бы главным образом оптически. Хотя опытным путем нельзя непосредственно измерить кривые оптического усиления для случая оптической накачки, данные являются иллюстративными, и можно полагать, что соответствующие кривые для случая оптической накачки сдвигаются вверх и влево для увеличивающегося тока, аналогично кривым, изображенным на фиг. 7 для тестовых структур с электрической накачкой.

Настоящее изобретение не задает длину волны сигнала относительно кривой усиления модулятора, поскольку та может зависеть от других технических требований к изделию и условий применения у потребителя. Однако один аспект настоящего изобретения представляет собой способ изготовления для исполнения оптического модулятора и то, как задавать длину волны материала для данных эксплуатационных требований. Два способа являются приемлемыми и являются вариантами осуществления настоящего изобретения. Один состоит в определении пиковой длины волны фотолюминесценции (PL). В этом случае материал оптически накачивается, и спектр света, излученного из материала, измеряется посредством серийно выпускаемых приборов измерения фотолюминесценции. Это измерение пиковой длины волны фотолюминесценции (PL) не является тем же, что и измерение кривой усиления, но они связаны. Например, материал, используемый для данных усиления, представленных на фиг. 10, имеет пиковую длину волны PL в 1574 нм. Вторым способом было бы задание пика кривой усиления при некотором конкретном условии накачки. Полное отсутствие накачки не является хорошим экспериментальным подходом для задания пика усиления, поскольку нет никакого пика усиления, лишь поглощение неуклонно становится больше, когда уменьшается длина волны. Накачка модулятора до тех пор, пока имеется пик в усилении на некотором конкретном уровне, является другим способом попробовать задать этот пик, но он считается менее определенным, нежели пик PL. Один вариант осуществления настоящего изобретения поэтому обеспечивает проведение измерения PL и использование определенной таким образом длины волны PL в качестве способа характеризации материала. В части работы хотелось бы иметь длину волны сигнала ниже пика PL, что отличается от исполнения полупроводникового материала в качестве модулятора EA, где длина волны сигнала в модуляторе EA обычно гораздо больше пиковой длины волны PL. Один вариант осуществления настоящего изобретения поэтому обеспечивает выбор или задание рабочей длины волны, которая по меньшей мере на 10 нм меньше пика PL. В некоторых вариантах осуществления выбор или задание рабочей длины волны, которая на 30 нм меньше пика PL.

Фиг. 10 - график, изображающий модальное усиление в зависимости от длины волны, показывающий пиковую длину волны усиления из измерения электролюминесценции (EL) у модулятора-образца при различных значениях тока модулятора. В одном варианте осуществления настоящего изобретения пиковая длина волны, экстраполированная на нулевой ток, является подходящим и точным способом характеризации материала. В этом случае, проиллюстрированном на фиг. 10, пиковая длина волны составляет около 1589 нм. Это не то же самое, что характеризация PL, которая составляла 1574 нм для той же тестовой пластины. В части рабочих длин волн, которые использовались бы с этим материалом, в одном варианте осуществления настоящего изобретения подходящие длины волн находились бы в диапазоне от 1540 до 1550 нм. В другом варианте осуществления настоящего изобретения рабочая длина волны была бы по меньшей мере на 30 нм меньше пиковой длины волны усиления. В другом варианте осуществления настоящего изобретения рабочая длина волны была бы меньше пиковой длины волны усиления на величину в диапазоне от 40 до 30 нм.

Фиг. 11 - график, изображающий пиковую длину волны усиления в зависимости от тока из измерения электролюминесценции у модулятора-образца при различных значениях тока модулятора.

На основании вышеупомянутой характеристики материала в одном варианте осуществления настоящего изобретения настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления лазерного передатчика для оптической связи, включающего в себя полупроводниковое устройство, включающее в себя (a) первую полупроводниковую область для создания когерентного светового выхода в ответ на инжекцию тока; и (b) вторую полупроводниковую область, расположенную рядом с первой полупроводниковой областью и отделенную от нее каналом, причем вторая полупроводниковая область имеет оптический вход, оптически соединенный с ней для приема когерентного светового выхода из первой полупроводниковой области, и оптический выход, соединенный со второй полупроводниковой областью, для переноса модулированного оптического сигнала, причем способ содержит этапы предоставления заданного значения длины волны, при котором передатчик спроектирован для работы; формирования лазерного резонатора в первой полупроводниковой области; формирования полупроводниковой волноводной структуры во второй полупроводниковой области для переноса когерентного светового выхода от светового пучка первой полупроводниковой области; формирования оптического модулятора в полупроводниковой волноводной структуре, причем оптический модулятор включает в себя активный слой, включающий в себя область квантовой ямы, и электрод, соединенный с входом радиочастотного сигнала и напряжением смещения для создания электрического поля в волноводной структуре, чтобы когерентный световой выход оптически модулировался, когда световой пучок проходит через волновод; и определения вещественного состава области квантовой ямы, чтобы модулятор был прозрачным при пиковой длине волны усиления, которая больше заданной длины волны на заданную величину, и изготовления модулятора с упомянутым определенным вещественным составом.

В другом аспекте в одном варианте осуществления настоящего изобретения настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления лазерного передатчика для оптической связи, включающего в себя полупроводниковое устройство, включающее в себя (a) первую полупроводниковую область для создания когерентного светового выхода в ответ на инжекцию тока; и (b) вторую полупроводниковую область, расположенную рядом с первой полупроводниковой областью и отделенную от нее каналом, причем вторая полупроводниковая область имеет оптический вход, оптически соединенный с ней для приема когерентного светового выхода из первой полупроводниковой области, и оптический выход, соединенный со второй полупроводниковой областью, для переноса модулированного оптического сигнала, причем способ содержит этапы предоставления заданного значения длины волны, при котором передатчик спроектирован для работы; формирования лазерного резонатора в первой полупроводниковой области; формирования полупроводниковой волноводной структуры во второй полупроводниковой области для переноса когерентного светового выхода от светового пучка первой полупроводниковой области; формирования оптического модулятора в полупроводниковой волноводной структуре, причем оптический модулятор включает в себя активный слой, включающий в себя область квантовой ямы, и электрод, соединенный с входом радиочастотного сигнала и напряжением смещения для создания электрического поля в волноводной структуре, чтобы когерентный световой выход оптически модулировался, когда световой пучок проходит через волновод; и определения вещественного состава области квантовой ямы, чтобы модулятор был прозрачным при пиковой длине волны усиления, которая больше заданной длины волны на заданную величину, и изготовления модулятора с упомянутым определенным вещественным составом.

В другом аспекте в одном варианте осуществления настоящего изобретения настоящее изобретение обеспечивает способ изготовления лазерного передатчика для оптической связи, включающего в себя полупроводниковое устройство, включающее в себя (a) первую полупроводниковую область для создания когерентного светового выхода в ответ на инжекцию тока; и (b) вторую полупроводниковую область, расположенную рядом с первой полупроводниковой областью и отделенную от нее каналом, причем вторая полупроводниковая область имеет оптический вход, оптически соединенный с ней для приема когерентного светового выхода из первой полупроводниковой области, и оптический выход, соединенный со второй полупроводниковой областью, для переноса модулированного оптического сигнала, причем способ содержит этапы предоставления заданного значения длины волны, при котором передатчик спроектирован для работы; формирования лазерного резонатора в первой полупроводниковой области; формирования полупроводниковой волноводной структуры во второй полупроводниковой области для переноса когерентного светового выхода от светового пучка первой полупроводниковой области; формирования оптического модулятора в полупроводниковой волноводной структуре, причем оптический модулятор включает в себя активный слой, включающий в себя область квантовой ямы, и электрод, соединенный с входом радиочастотного сигнала и напряжением смещения для создания электрического поля в волноводной структуре, чтобы когерентный световой выход оптически модулировался, когда световой пучок проходит через волновод; и определения вещественного состава области квантовой ямы, чтобы модулятор был прозрачным при пиковой длине волны усиления, которая больше заданной длины волны на заданную величину, и изготовления модулятора с упомянутым определенным вещественным составом.

Хотя некоторые конкретные варианты осуществления настоящего изобретения были подробно показаны с помощью примеров, специалисту в данной области техники будет понятно, что вышеприведенные примеры предназначены лишь для пояснения, но не для ограничения объема настоящего изобретения. Следует понимать, что вышеприведенные варианты осуществления можно изменять без отклонения от объема и сущности настоящего изобретения, которые должны быть определены прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к оптической системе передачи для аналоговых или цифровых радиочастотных сигналов с использованием твердотельного лазера с внешней модуляцией. Оптический модулятор включает в себя полупроводниковое устройство, имеющее оптический вход для приема когерентного светового пучка непрерывного излучения, волновод для переноса светового пучка, электрод, соединенный с входом радиочастотного сигнала и напряжением смещения для создания электрического поля в волноводе и оптического модулирования светового пучка, когда пучок проходит через волновод, и оптический выход, соединенный с волноводом, для переноса модулированного оптического сигнала. Способ эксплуатации модулятора содержит этапы, на которых: направляют когерентный световой пучок непрерывного излучения (cw) на оптический вход и подают напряжение смещения на электрод таким образом, чтобы когерентный световой пучок оптически модулировался сигналом, модулирующим характеристику поглощения в полупроводниковом устройстве таким образом, чтобы волновод работал в области поглощения при длинах волн менее пиковой длины волны усиления. Технический результат - повышение мощности, устранение искажений. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ эксплуатации оптического модулятора, включающего в себя полупроводниковое устройство, имеющее оптический вход для приема когерентного светового пучка непрерывного излучения, имеющего заданную мощность, волновод для переноса светового пучка, электрод, соединенный с входом радиочастотного сигнала и напряжением смещения для создания электрического поля в волноводе и оптического модулирования светового пучка, когда пучок проходит через волновод, и оптический выход, соединенный с волноводом, для переноса модулированного оптического сигнала, причем способ содержит этапы, на которых:

направляют когерентный световой пучок непрерывного излучения (cw) на оптический вход; и

подают напряжение смещения на электрод таким образом, чтобы когерентный световой пучок оптически модулировался сигналом, модулирующим характеристику поглощения в полупроводниковом устройстве таким образом, чтобы волновод работал в области поглощения при длинах волн менее пиковой длины волны усиления.

2. Способ по п. 1, в котором модулятор формирует электрический ток из фотогальванического эффекта, причем ток выводится или экстрагируется из модулятора.

3. Способ по п. 1, в котором модулируют плотность носителей по длине полупроводникового модулятора в направлении оптического пучка, таким образом оптически модулируя оптический пучок непрерывного излучения, входящий в модулятор, и пиковая длина волны усиления у оптического сигнала в зависимости от длины волны по меньшей мере на 10 нм больше длины волны оптического пучка непрерывного излучения.

4. Способ по п. 1, в котором полупроводниковое устройство содержит фосфид-индиевую полупроводниковую волноводную структуру.

5. Способ по п. 1, в котором полупроводниковое устройство эксплуатируют в области отрицательного тока у характеристики I-V.

6. Способ по п. 1, в котором пиковая длина волны усиления, ассоциированная с модулятором, от 20 до 40 нм больше длины волны света, направленного на модулятор.

7. Способ по п. 5, в котором смещение находится в диапазоне от 0,6 до 1,0 вольта при когерентном световом пучке, направленном на оптический вход.

8. Способ изготовления оптического модулятора, включающего в себя полупроводниковое устройство, имеющее оптический вход для приема когерентного светового пучка непрерывного излучения, имеющего заданную мощность, волноводный слой для переноса светового пучка, электрод, соединенный с входом радиочастотного сигнала и напряжением смещения для создания электрического поля в волноводе и оптического модулирования светового пучка, когда пучок проходит через волновод, и оптический выход, соединенный с волноводом, для переноса модулированного оптического сигнала, причем способ содержит этапы, на которых:

определяют длину волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, который будет направлен на модулятор;

определяют усиление оптического сигнала в зависимости от длины волны для различных заданных составов волноводного слоя;

изготавливают волноводный слой с заданным составом таким образом, чтобы пик усиления оптического сигнала в зависимости от длины волны был более заданной длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, который будет направлен на модулятор.

9. Способ по п. 8, в котором пик усиления оптического сигнала в волноводном слое от 20 до 40 нм больше длины волны у когерентного светового пучка непрерывного излучения, который будет направлен на модулятор.

10. Способ изготовления лазерного передатчика для оптической связи, включающего в себя полупроводниковое устройство, включающее в себя (a) первую полупроводниковую область для формирования когерентного светового выхода в ответ на инжекцию тока; и (b) вторую полупроводниковую область, расположенную рядом с первой полупроводниковой областью и отделенную от нее каналом, причем вторая полупроводниковая область имеет оптический вход, оптически соединенный с ней, для приема когерентного светового выхода из первой полупроводниковой области, и оптический выход, соединенный со второй полупроводниковой областью, для переноса модулированного оптического сигнала, причем способ содержит этапы, на которых:

формируют лазерный резонатор в первой полупроводниковой области таким образом, чтобы он работал на выходной длине волны;

формируют полупроводниковую волноводную структуру во второй полупроводниковой области для переноса когерентного светового выхода от светового пучка первой полупроводниковой области;

формируют оптический модулятор в полупроводниковой волноводной структуре, причем оптический модулятор включает в себя активный слой, включающий в себя область квантовой ямы, и электрод, соединенный с входом радиочастотного сигнала и напряжением смещения для создания электрического поля в волноводной структуре таким образом, чтобы когерентный световой выход оптически модулировался, когда световой пучок проходит через волновод;

определяют вещественный состав области квантовой ямы таким образом, чтобы модулятор был прозрачным при пиковой длине волны усиления, которая больше выходной длины волны лазерного резонатора на заданную величину; и

изготавливают модулятор с упомянутым определенным вещественным составом.

11. Способ по п. 10, в котором пиковая длина волны усиления, ассоциированная с модулятором, от 20 до 40 нм больше выходной длины волны света, направленного на модулятор.

12. Способ по п. 10, дополнительно содержащий этап, на котором выполняют измерение электролюминесценции над волноводной структурой.

13. Способ по п. 12, в котором измерение электролюминесценции над волноводной структурой выполняют перед изготовлением лазерного резонатора.

14. Способ по п. 12, в котором выходную длину волны лазерного резонатора определяют по решетке в лазерном резонаторе, и решетку формируют таким образом, что пиковая длина волны усиления, ассоциированная с лазерным резонатором, от 20 до 40 нм меньше пиковой длины волны усиления, при которой модуляторная область прозрачна.

15. Способ по п. 10, в котором полупроводниковое устройство содержит фосфид-индиевую полупроводниковую волноводную структуру.

16. Электрооптическая система, содержащая:

полупроводниковое устройство, включающее в себя:

(a) первую полупроводниковую область, включающую в себя лазерный резонатор, работающий для формирования когерентного светового выхода в ответ на инжекцию тока; и

(b) вторую полупроводниковую область, расположенную рядом с первой полупроводниковой областью и отделенную от нее каналом, причем вторая полупроводниковая область имеет такой же состав, как и первая полупроводниковая область, и включает в себя оптический вход, оптически соединенный с первой полупроводниковой областью, для приема когерентного светового выхода из первой полупроводниковой области, причем второе полупроводниковое устройство электрически смещается при более низком втором напряжении смещения, чем первое полупроводниковое устройство, и электрически соединено с источником содержащего информацию радиочастотного сигнала таким образом, чтобы ток формировался во втором полупроводниковом устройстве и экстрагировался из него, пока когерентный световой пучок оптически модулируется сигналом.

17. Электрооптическая система по п. 16, в которой первое напряжение смещения является положительным смещением, а второе смещение находится в диапазоне от 0,7 до 0,9 вольта при когерентном световом выходе, поданном на оптический вход.

18. Электрооптическая система по п. 16, в которой полупроводниковая область содержит фосфид-индиевую полупроводниковую волноводную структуру.

19. Электрооптическая система по п. 18, в которой первая полупроводниковая область содержит фосфид-индиевую полупроводниковую усилительную структуру, содержащую зеркальные первую концевую область и вторую концевую область, расположенные рядом с модулятором.

20. Электрооптическая система по п. 18, в которой полупроводниковое устройство включает в себя первый электрод, расположенный над фосфид-индиевой полупроводниковой усилительной структурой, и второй электрод, расположенный над фосфид-индиевой полупроводниковой волноводной структурой.