DE60026367T2 - Integrierter opto-elektronischer wellenlängenwandler - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft Wellenlängenwandler bzw. Konverter des Typs, der in bestimmten optischen Kommunikationsnetzwerken mit Wellenlängenmultiplex benötigt wird, sowie in anderen Anwendungen, in denen es notwendig ist, die Wellenlänge des optischen Träger einer modulierten Lichtwelle zu ändern und insbesondere opto-elektronische Wellenlängenwandler, in denen eine eingehende Lichtwelle, die eine erste Wellenlänge aufweist, von einem Photodetektor erfaßt wird, der ein elektrisches Signal erzeugt, das wiederum eine Quelle einer ausgehenden Lichtwelle moduliert, die eine gewünschte zweite Wellenlänge aufweist.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Optoelektronische Wellenlängenkonversionsprozesse wurden als separate Photodetektoren, Empfänger- und Regenerationsschaltkreise, Sender- und Treiberschaltkreise und direkt oder extern modulierte Laser verwendet. S. J. B. Yoo, „Wavelenght conversion technologies for WDM network applications", J. Lightwave Tech., 14 (6) (Juni 1996). Diese Wellenlängenwandler mit diskreten Komponenten neigten dazu, relativ voluminös und teuer herzustellen zu sein. Auch haben die Laser im allgemeinen eine feste Wellenlänge oder einen sehr begrenzten Abstimmbereich.
  • Es gibt einen Bedarf für einen monolithischen Wellenlängenwandleraufbau, welcher den Prozeß der Detektion und Regeneration bei einer anderen Wellenlänge bereitstellt. Es gibt ein Bedürfnis nach einem monolithischen Wellenlängenwandleraufbau, der auf einem Halbleitersubstrat hergestellt ist, wobei eine kompatible photonische integrierte Schaltkreistechnologie für alle Komponenten verwendet wird. Es gibt ein weiteres Bedürfnis nach einem Wellenlängenwandleraufbau, in dem eine Signalverstärkung ohne die Verwendung elektrischer Transistoren erhalten wird. Es gibt noch ein weiteres Bedürfnis nach einem Wellenlängenwandleraufbau, in dem die Aufbereitung des Signals in Kombination mit dem Erfassungs- oder Modulationsprozeß in der optischen oder elektrischen Domäne ausgeführt wird. Es gibt noch ein weiteres Bedürfnis nach einem Wellenlängenwandleraufbau, der einen breiten Abstimmbereich aufweist und in dem alle der Komponenten auf einem Halbleitersubstrat hergestellt sind, wobei eine kompatible photonische integrierte Schaltkreistechnologie verwendet wird.
  • Beschreibung der zitierten Dokumente
  • Bar-Chaim N. et al.: „Monolithic Optoelectronic Integration of a GaAlAs Laser, a Field Effect Transistor and Photodiode", Applied Physics Letters, US, American Institute of Physics, New York, Band 44, Nr. 10, 15. Mai 1984 (1984-05-15), Seiten 941–943 beschreibt einen vergrabenen Heterostrukturlaser mit niedrigem Schwellenwert, einen Metallhalbleiter-Feldeffekttransistor und eine p-i-n-Photodiode, die auf einem semi-isolierenden GaAs-Substrat integriert sind. Der Schaltkreis arbei tet als ein rudimentärer optischer Repeater mit einem Verstärkungsbandbreitenprodukt von 178 MHz.
  • US-A-5,742,045 (Kimmet James S. et al.) 21. April 1998 (1998-04-21) beschreibt eine Vorrichtung, welche eine Diodenlaserlogik verwendet, um ein einstellbares optisches Gatesystem zu bilden mit einer Laserdiode und einem Photodetektor, die in der gleichen epitaktischen Struktur integriert und elektrisch miteinander verbunden sind.
  • US-A-5,625,636 (Jewell Jack L. et al.), 29. April 1997 (1997-04-29) beschreibt eine Integration von photoaktiven und elektroaktiven Komponenten mit Vertical Cavity Surface Emitting Lasern.
  • US-A-5,674,778 (Lee Kwyro et al.) 7. Oktober 1997 (1997-10-07) beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Schaltkreises mit einem bipolaren Heteroübergangstransistor, einem Laser und einem Photodetektor.
  • Byong-Sung Kim et al.: „Dynamic analysis of widely tunable laser diodes integrated with sampled- and chirped-grating distributed Bragg reflectors and an elektroabsorption modulator" IEICE Transactions on Electronics, August 1998, Inst. Electron. Inf. & Comun. Eng. Japan, Band E-81-C, Nr. 8, Seiten 1342–1349 beschreibt eine dynamische Analyse von breit abstimmbaren Laserdioden, die mit Bragg-Reflektoren mit gesampelten und gechirpten Gittern und einem Elektroabsorptionsmodulator integriert sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Wellenlängenwandleraufbaus der vorliegenden Erfindung.
  • 2(a) ist eine schematische Ansicht eines Wellenleiterphotodetektors, der Teil des Wellenlängenwandleraufbaus aus 1 sein kann, von oben nach unten.
  • 2(b) ist eine schematische Ansicht eines Wellenleiterphotodetektors, der Teil der Wellenlängenwandleranordnung aus 1 sein kann, von oben.
  • 2(c) ist eine schematische Ansicht von oben eines Wellenleiterphotodetektors, der mit einem optischen Halbleiter-Verstärker (semi conductor optical amplifier „SOA") Vorverstärker integriert ist, der Teil des Wellenlängenwandleraufbaus aus 1 sein kann.
  • 2(d) ist eine schematische Ansicht von oben eines Wellenleiterphotodetektors, der mit einem SOA-Vorverstärker und einem abstimmbaren Filter mit resonanter Kavität integriert ist, die Teil des Wellenlängenwandleraufbaus aus 1 sein können.
  • 3(a) ist eine Querschnittsansicht der Halbleiterschichtstruktur des Aufbaus aus 2(d) in der passive Abschnitte durch Entfernen der aktiven Abschnitte vor dem Neuwachstum gebildet sind.
  • 3(b) ist eine Querschnittsansicht der Halbleiterschichtstruktur des Aufbaus aus 2(d), in der passive Abschnitte durch Quantentöpfe mit unterschiedlicher Dicke und Zusammensetzung mittels Mischen nach gleichmäßigem Wachstum oder Wachstum ausgewählter Bereiche gebildet sind.
  • 4(a) ist eine schematische Ansicht von oben eines abstimmbaren Lasers mit verteiltem Bragg-Reflektor mit gesampeltem Gitter (sampled grating distributed Bragg-reflector, „SGDBR"), der einen in Serie verbundenen, axial unterteilten mehrfachaktiven Bereich aufweist, und der Teil des Wellenlängenwandleraufbaus aus 1 sein kann.
  • 4(b) ist ein Schema eines abstimmbaren SGDBR-Lasers, der einen seriell verbundenen, vertikal geschichteten mehrfachaktiven Bereich aufweist, und der Teil des Wellenlängenwandleraufbaus aus 1 sein kann.
  • 4(c) ist eine schematische Ansicht von oben eines abstimmbaren SGDBR-Lasers mit einem integrierten externen SOA, der Teil des Wellenlängenwandleraufbaus aus 1 sein kann.
  • 4(d) ist eine schematische Ansicht von oben eines abstimmbaren SGDBR-Lasers mit einem integrierten externen Elektroabsorptionsmodulator (EAM) und zwei SOAs, die Teil des Wellenlängenwandleraufbaus aus 1 sein können.
  • 5(a) ist eine Querschnittsansicht der Struktur aus 4(a).
  • 5(b) ist eine Querschnittsansicht der Struktur aus 4(b).
  • 6 ist ein schematisches Diagramm eines Äquivalenzschaltkreises, der mit den Strukturen aus den 2(a), 2(b), 4(a) und 4(b) sowie als ein integrierbarer Stromanpassungsschaltkreis verwendet werden kann.
  • 7 ist ein Ausdruck der erwünschten Impedanz des nicht-linearen Stromanpassungsschaltkreises aus 1.
  • 8(a) und (b) stellen eine Ausführungsform eines monolithischen Wellenlängenwandleraufbaus der vorliegenden Erfindung dar, wobei der Photodetektor direkt oben auf dem Laser integriert ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Entsprechend ist es ein Gegenstand der Erfindung, einen verbesserten Wellenlängenwandleraufbau zur Verfügung zu stellen.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, einen monolithischen Wellenlängenwandleraufbau zur Verfügung zu stellen, welcher den Prozeß der Erfassung und Regeneration bzw. Neuerzeugung bei irgendeiner anderen Wellenlänge bereitstellt.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, einen monolithischen Wellenlängenwandleraufbau zur Verfügung zu stellen, der auf einem Halbleitersubstrat hergestellt ist, wobei eine kompatible photonische integrierte Schaltkreistechnologie für alle Komponenten verwendet wird.
  • Noch ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wellenlängenwandleraufbau zur Verfügung zu stellen, wobei die Signalverstärkung ohne die Verwendung elektronischer Transistoren erzielt wird.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wellenlängenwandleraufbau zur Verfügung zu stellen, wobei eine Aufbereitung des Signals in Kombination mit dem Detektions- oder Modulationsprozeß in der optischen oder elektrischen Domäne erfolgt.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wellenlängenwandleraufbau zur Verfügung zu stellen, der einen breiten Abstimmbereich aufweist und wobei alle Komponenten auf einem Halbleitersubstrat hergestellt sind, wobei eine kompatible photonische integrierte Schaltkreistechnologie verwendet wird.
  • Noch ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, einen monolithischen Wellenlängenwandleraufbau zur Verfügung zu stellen, der hohe Datenbandbreiten bereitstellt.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, einen monolithischen Wellenlängenwandleraufbau bereitzustellen, der eine große optische Ausgangssignalamplitude bereitstellt ohne die Notwendigkeit integrierter Transistoren zur elektronischen Verstärkung.
  • Noch ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, einen monolithischen Wellenlängenwandleraufbau bereitzustellen, der aufbereitete Ausgangsdatenwellenformen mit geringerem Rauschen und Verzerrung als an dem Eingang bereitstellt.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, einen monolithischen Wellenlängenwandleraufbau bereitzustellen, der auf große Anordnungen bzw. Arrays von Wellenlängenwandlern erweitert werden kann, die mit photonischer integrierter Schaltkreistechnologie auf einem Substrat integriert sind.
  • Diese und andere Gegenstände der vorliegenden Erfindung werden in einem Wellenlängenwandleraufbau, wie in Anspruch 1 definiert, erreicht und sie werden durch ein Verfahren, wie in Anspruch 33 definiert, erreicht. Eine epitaktische Struktur ist auf einem Substrat mit Bereichen verschiedener optischer Eigenschaften gebildet. Ein Laser und ein Photodetektor sind in der epitaktischen Struktur gebildet. Der Photodetektor erzeugt ein erstes elektrisches Signal als Reaktion auf ein optisches Signal. Ein Anpassungsschaltkreis bzw. Konditionierungsschaltkreis ist mit dem Laser und dem Photodetektor verbunden. Der Anpassungsschaltkreis empfängt das erste elektrische Signal und liefert ein zweites elektrisches Signal an den Laser, so daß sein optischer Ausgang moduliert wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ein Wellenlängenwandlerraufbau erste und zweite Halbleiterschichten auf, die in einer epitaktischen Struktur gebildet sind. Die ersten und zweiten Halbleiterschichten haben verschiedene Dotierungen. Eine erste Wellenleiterschicht ist zwischen den ersten und zweiten Halbleiterschichten gebildet. Die erste Wellenleiterschicht weist erste und zweite Reflektoren auf, die eine resonante Kavität definieren. Ein optisch aktives Verstärkungsmedium ist zwischen den ersten und zweiten Reflektoren angeordnet. Ein Photodetektor ist auf der ersten Halbleiterschicht gebildet und weist einen optisch aktiven Absorberbereich auf. Der Photodetektor erzeugt ein erstes elektrisches Signal als Reaktion auf einen optischen Eingang.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Gemäß 1 stellt ein Wellenlängenwandleraufbau 10 der vorliegenden Erfindung den Prozeß der Erfassung bzw. Detektion und Regeneration bei irgendeiner Wellenlänge zur Verfügung, der mit einer monolithischen Vorrichtung ausgeführt wird. Der Wellenlängenwandleraufbau 10 ist auf einem Halbleitersubstrat hergestellt, wobei eine kompatible photonische integrierte Schalkreis(IC)Technologie für alle Komponenten verwendet wird. Ein Vorteil des Wellenlängenwandleraufbaus 10 gegenüber anderen Vorrichtung ist, daß eine Signalverstärkung ohne die Verwendung elektronischer Transistoren erzielt wird, welche inkompatible Herstellungstechnologie bedeuten würde. Darüber hinaus kann die Aufbereitung des Signals in Kombination mit dem Detektions- oder Modulationsprozeß in der optischen oder elektrischen Domäne erfolgen. Der Laserausgang von dem Wellenlängenwandleraufbau 10 kann einen breiten Abstimmbereich haben, so daß eine große Anzahl von Ausgangswellenlängen möglich ist.
  • In einer Ausführungsform sind die Elemente des Wellenlängenwanderaufbaus 10 auf einem einzigen Wafer hergestellt. Die verschiedenen Elemente sind aus einer gemeinsamen epitaktischen Schichtstruktur erlangt und sie sind durch gemeinsame Verfahrensschritte hergestellt.
  • Eine monolithische Integration optisch unähnlicher Elemente wird durch ein Herstellungsverfahren erreicht, welches die optischen Eigenschaften ausgewählter Bereiche auf eine gewünschte elektro-optische Funktion hin maßschneidert. Maßgeschneiderte optische Eigenschaften, einschließlich der Bandlücke, führen zu optisch aktiven und passiven Bereichen auf dem gleichen Wafer, ausgehend von einer gemeinsamen epitaktischen Schichtstruktur. Darüber hinaus sind die gemeinsamen Herstellungsverfahrensschritte, die zum Bilden der Vorrichtungselemente benötigt werden, kompatibel mit den Herstellungsverfahren für photonische Vorrichtungen, die derzeit in der Lichtwellenindustrie verwendet werden. Daher ist der Wellenlängenwandleraufbau 10 leicht herstellbar.
  • In einer bestimmten Ausführungsform weisen die Herstellungsverfahren, um selektiv die Bandlücken von Bereichen des Wafers des Wellenlängenwandleraufbaus 10 anzupassen, die Schritte auf, Implantation von Störstellen durch niederenergetische Ionen (weniger als 200 eV) in einem Teil eines ausgewählten Waferbereichs nahe der Waferoberfläche und Erwärmen des Wafers. Dies erlaubt es, den Störstellen und Gitterlücken, die nahe der Waferoberfläche implantiert sind, durch den ausgewählten Bereich zu diffundieren und die Bandlücke des Bereichs für eine gewünschte elektro-optische Funktion anzupassen.
  • Zum Beispiel sollte in den passiven Wellenleiterbereichen der Phasenverschiebungs- und Spiegelabschnitte eines abstimmbaren Laserelements 12 die effektive Bandlücke etwas größer sein (zum Beispiel > 0,1 eV) als die Betriebslichtwellenenergie, welche nur wenig größer (typischerweise ~0,01 bis 0,05 eV) ist als die effektive Bandlücke der aktiven Schichten in dem Verstärkungsabschnitt. Integrierte externe Modulatorelemente können Abschnitte aufweisen mit der gleichen größeren Bandlücke wie die anderen passiven Bereiche oder eine Bandlücke zwischen denen der aktiven und der passiven Abschnitte für irgendeine gewünschte Funktionalität, wie zum Beispiel Chirp-Reduzierung oder verbesserte -Linearität. Integrierte externe Verstärkerelemente (M. J. O'Mahony, „Semiconductor laser Optical Amplifiers for Use in Future Fiber Systems", J. Lightwave Techn. 6 (4) (April, 1988.); A. E. Kelly, I. F. Lealman, L. J. Rivers, S. D. Perrin und M. Silver "Low noise figure (7,2 dB) and high gain (29 dB) semiconductor optical amplifier with a single layer AR coating", Electron. Lett., 33, Seiten 536–8 (1997.)) können die gleiche Bandlücke haben wie der aktive Verstärkungsabschnitt oder eine wenig modifizierte Bandlücke für irgendeine Funktionalität, wie zum Bei spiel erhöhte Sättigungsleistung oder verbesserten Chirp der Modulator/Verstärkerkombinationen. Robert G. Walker, „High-Speed III–V Semiconductor Intensity Modulators" IEEE J. Quant Eletron., 27, (3), 654–667, (März 1991); F. Koyama und K. Iga, "Frequency Chirping in External Modulators", J. Lightwave Tech., 6 (1), 87–93, (Januar 1988).
  • In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die passiven Bereiche durch selektives Entfernen der Schichten mit der niedrigsten Bandlücke, die für die Verstärkung in den aktiven Bereichen innerhalb der gleichen Sequenz verantwortlich sind, hergestellt, ebenso werden einige andere Verfahrensschritte, wie zum Beispiel Gitterbildung in den Spiegelbereichen, ausgeführt. B. Mason, G. A. Fish, S. P. DenBaars und L. A. Coldren, „Widely Tunable Sampled Grating DBR Laser with Integrated Electroabsorption Modulator", Photon. Tech. Letts., 11, (6), 638–640, (Juni 1999). In solchen Fällen ist der Ionen-Implantationsprozeß nicht notwendig, aber er kann verwendet werden, um andere Bereiche, wie zum Beispiel in integrierten Modulatoren und/oder Verstärkerelementen, besser anzupassen. Diese Sequenz wird von einem Neuwachstum der oberen Mantelschichten gefolgt, die für den oberen Teil des optischen Wellenleiters benötigt werden.
  • Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung ist das Datensignal in elektrischer Form zur Überwachung, Abgreifen und Modifikation verfügbar. Insbesondere kann eine Paketadresse oder eine Kopfzeileninformation gelesen und verwendet werden, so daß das Routing der Information entweder durch Auswählen der Ausgangswellenlänge oder durch Einstellen des Zustands irgendeines Schalters, der hinter dem Wellenlängenwandleraufbau angeordnet sein kann, bestimmt wird. Diese und andere wünschenswerte Merkmale sind alle in neue monolithisch integrierte opto-elektronische Wellenlängenwandler-Anordnungsstrukturen eingebaut, die eine herstellbare integrierte photonische IC-Technologie verwenden. G. A. Fish, G. Mason, L. A. Coldren und S. P. DenBaars, „Compact 1,55 μm Spot-Size Converters for Photonic Integrated Circuits", Integrated Photonics Research '99, Santa Barbara, CA, Paper Nr. RWD4, 375–377, (Juli 19–21, 1999).
  • Weitere Merkmale des Wellenlängenwandleraufbaus 10 weisen auf, sind aber nicht beschränkt auf: 1.) Bereitstellen höherer Datenbandbreiten als derzeit mit derzeit erhältlichen Vorrichtungen erzielbar (T. Ido, S. Tanaka, M. Suzuiki, M. Koiszumi, H. Sano und H. Inoue, „Ultra-High-Speed Multiple-Quantum-Well Electro-Absorption Optical Modulators with Integrated Waveguides", J. Lightwave Techn., 14 (9), 2026–2034, (September 1996)), 2.) Bereitstellen eines breiteren Bereichs möglicher Ausgangswellenlängen als derzeit erhältliche Vorrichtungen (V. Jayaraman, A. Mathur, L. A. Coldren und P. D. Dapkus, „Theory, Design, and Performance of Extended Tuning Range in Sampled Grating DBR Lasers", IEEE J. QUantum Elec:, 29, (6), 1824–1834, (Juni 1993)), 3.) Bereitstellen gleicher oder größerer optischer Ausgangssignalamplitude als derzeitige Vorrichtungen ohne die Notwendigkeit integrierter Transistoren für eine elektronische Verstärkung (J. K. Kim, E. Hall, O. Sjölund und L. A. Coldren, „Epitaxially-Stacked Multiple-Active-Region 1,55 μm Lasers for Increased Differential Efficiency", Appl. Phys. Letts., 74, (22) 3251–3253, (31. Mai 1999); J. T. Getty. O. Buchinsky, R. A. Slavatore, B. Mason, P. G. Piva, S. Charbonneau, K. S. Grabowski und L. A. Coldren, "Monolithic Series-Connected 1,5 μm Segmented-Ridge Lasers"; Electronics Letters, 35, (15), 1257–1258, (22. Juli 1999)), 4.) Bereitstellen aufbereiteter Ausgangsdatenwellenformen, die ein geringeres Rauschen und eine geringere Verzerrung aufweisen als der Eingang und 5.) Bereitstellen von Möglichkeiten zum Erstrecken auf große Arrays solcher Wellenlängenwandler, wobei die Arrays auf einem Substrat mit existierender photonischer IC-Technologie integriert sind. Coldren, L., „Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits", Wiley, (1995).
  • 1 stellt bestimmte generische Elemente des Wellenlängenwandleraufbaus 10 in Blockdiagrammform dar. Dargestellt sind ein abstimmbares Laserelemente 12 mit mehreren Abschnitten (nachfolgend als „Laser 12" bezeichnet), ein Photodetektorelement 14 (nachfolgend als ein „Photodetektor 14" bezeichnet) und einen Stromanpassungsschaltkreis bzw. Stromkonditionierungsschaltkreis. Die reine Funktionalität stellt eine Wellenlängenwandlung eines optischen Trägers bereit, der mit irgendwelchen Daten moduliert ist, so daß: i) eine beliebige Ausgangswellenlänge innerhalb eines Bandes emittiert werden kann; ii) die Amplitude des Ausgangs innerhalb eines nützlichen Bereichs eingestellt werden kann und iii) das Rauschen und die Verzerrung auf den Daten reduziert werden kann. Ein wichtiger Aspekt der Erfindung ist die Integration mit einer gemeinsamen photonischen IC-Technologie, die in F. Koyama und K. Iga, „Frequency Chirping in External Modulators", J. Lightwave Techn., 6 (1), 87–93, (Januar 1988), B. Mason, G. A. Fish, S. P. DenBaarsund L. A. Coldren, „Widely Tunable Sampled Grating DBR Laser with Integrated Electroabsorption Modulator", Photon. Tech. Letts., 11, (6), 638–640, (Juni 1999) beschrieben ist. Darüber hinaus stellt die Integration von Elementen 12, 14 und 16 eine vorteilhafte Funktionalität bereit, die nicht möglich ist durch Verbinden diskreter Elemente, wobei konventionelle gedruckte Schaltkreisplatinen oder eine Mehr-Chip-Modultechnik verwendet wird. Zusätzlich ermöglicht es die Integration von Elementen 12, 14 und 16 preiswerte Herstellungsprozesse mit großer Ausbeute zu verwenden.
  • Wie in 1 dargestellt, kann der Laser 12 erste und zweite SGDBRs 18 und 20, erste und zweite SOAs 22 und 24 und EAM 26 und einen mehrfach-aktiven Bereich (multiple active region), MAR 28, aufweisen. Das Photodetektorelement 16 kann einen SOA 30, erste und zweite Filter 32 und 34 und einen Absorber 36 aufweisen.
  • Der Wellenlängenwandler 10 bietet eine Anzahl von Vorteilen. In der in 2(a) dargestellten Ausführungsform ermöglicht der Photodetektor 14 in oberflächenbeleuchteter Geometrie eine effiziente und polarisationsunabhängige Kopplung von Licht von optischen Fasern in den Absorber 36 der Photodiode 12. Darüber hinaus benötigt sie keine große Fläche auf dem Substrat und ihre Abmessungen, in einer Ausführungsform ungefähr 10 bis 30 μm im Durchmesser, bieten einen empfindlichen Betrieb bei hoher Bandbreite. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensitivität des Wellenlängenwandleraufbaus 10 durch Einbauen eines mehrschichtigen reflektierenden Stapels unter dem Wellenlängenwandleraufbau 10 verbessert werden, so daß eine Photodiode 14 mit resonanter Kavität gebildet wird. Diese Stapelung bildet ohne Schwierigkeit den unteren Mantelbereich des Lasers 12. Wie in anderen Ausführungsformen ist die oberflächenbeleuchtete Photodiode 14 durch eine Protonen- und/oder He+-Ionen-Implantierung oder andere dem Fachmann bekannte Mittel isoliert, welche die umliegenden Bereiche halb-isolierend machen. In bestimmten Ausführungsformen ist der untere Kontakt des Wellenlängenwandleraufbaus 10 zum Vorspannen zu der Seite herausgeführt und der obere Kontakt ist direkt mit dem Laser 12 verbunden mit einem Nebenwiderstands- bzw. Shuntabzweig zu dem Bearbeitungsschaltkreis 16.
  • Eine in 2(b) dargestellte Wellenleiterschichtstruktur des Photodetektors 14 ist identisch mit dem Verstärkungsabschnitt des Lasers 12. In dieser Ausführungsform liefert die Wellenleiterschichtstruktur des Photodetektors 14 eine höhere Sättigungsleitung als typische oberflächenbeleuchtete Konstruktionen. Die optische Kopplung in den Wellenleiter kann durch Integration kompatibler Modenumsetzer verbessert werden, wobei Techniken, wie die in G. A. Fish, B. Mason, L. A. Coldren und S. P. DenBaars, „Compakt 1,55 μm Spot-Size Convcerters for Photonic Integrated Circuits", Integrated Photonics Research '99, Santa Barbara, CA, Paper Nr. RWD4, 375–377, (19.–21 Juli 1999) verwendet werden. Für Ausführungsformen mit extrem hoher Bandbreite, wie zum Beispiel größer als 50 GHz, kann eine abgeschlossene Wanderwellenelektrodenstruktur eingebaut werden. Eine geeignete Wanderwellenelektrodenstruktur ist in T. Ido, S. Tanaka, M. Suzuki, M. Koizumi, H. Sano und H. Inoue, „Ultra-High-Speed Multiple-Quantum-Well Electro-Absorption Optical Modulators with Integrated Waveguides", J. Lightwave Techn., 14 (9), 2026–2034, (September 1996) beschrieben.
  • Gemäß 2(c) vergrößert das Hinzufügen eines optischen Vorverstärkers, SOA 30, das optische Signal, welches auf den Absorberabschnitt 36 einfällt und stellt einen höheren Ausgangsphotostrom zur Verfügung. Dies ist vorteilhaft, da es die Verwendung von Daten mit niedrigem Niveau ermöglicht, während noch ein ausreichender Strom erhalten wird, um den Laser 12 richtig zu modulieren und es ermöglicht auch eine Datenregeneration durch einen Bearbeitungs-Shunt. Der SOA 30 kann auch eine Signalniveauanpassung in Verbindung mit einem externen Steuerschaltkreis bereitstellen. Rauschen, welches durch den SOA 30 hinzugefügt wird, kann durch einen Stromanpassungsschaltkreis 18 entfernt werden, was zu einer Rauschzahl führt, welche die Daten nicht verschlechtert. Die Schichtstruktur des SOA 30 kann identisch zu dem Verstärkungsabschnitt des Lasers 12 sein.
  • Wenn das Signal-zu-Rausch-Niveau niedrig ist oder wenn unerwünschte Daten bei einer anderen Wellenlänge in der Eingangslichtwelle vorhanden sind, oder wenn ein kürzerer Absorberabschnitt erwünscht ist, kann es vorteilhaft sein, den Absorber 36 in einer resonanten Kavität anzuordnen, so daß unerwünschte Außerbandsignale herausgefiltert werden. Wie in 2(d) dargestellt, ist der Photodetektor 14 mit dem SOA 30 und einem abstimmbaren Filter mit resonanter Kavität integriert. Diese Wellenleitergeometrie reflektiert Lichtsignale, die nicht in der resonanten Bandbreite der resonanten Kavität liegen, die von zwei DBRs 38 und 40 gebildet wird, und sie erhöht das Signal. Eine kürzere Absorberlänge bei vollständiger Absorption und hoher Quanteneffizienz kann auch verwendet werden. Diese verkürzte Länge wiederum reduziert die Kapazität des Photodetektors 14, wodurch ein Betrieb mit sehr hoher Bandbreite ermöglicht wird.
  • 3(a) und 3(b) sind Querschnittsansichten der Halbleiterschichtwellenleiterstruktur des Photodetektors aus 2(d). In 3(a) sind passive Abschnitte durch Entfernen der aktiven Abschnitte vor einem Neuwachstum gebildet. In 3(d) sind passive Abschnitte durch Quantentöpfe mit unterschiedlicher Dicke und Zusammensetzung mittels Mischen nach gleichförmigem Wachstum oder Wachstum in einem ausgewählten Bereich gebildet. 3(a) und 3(b) stellten dar, daß Wellenleiterphotodetektoren 14 kompatibel mit abstimmbaren Abschnitten des Lasers 12 sind, die in 5 dargestellt sind. Es ist wünschenswert, daß verschiedene in 3(a) und 3(b) gezeigte Abschnitte in den Ausführungsformen aus 2(a), 2(b) und 2(c) ausgelassen wurden.
  • 4(a) und 5(a) stellten Ausführungsformen eines Wellenlängenwanderaufbaus 10 mit einem in Serie verbundenen axial segmentierten aktiven Bereich dar, der eine Signalverstärkung in einem breit abstimmbaren SGDBR Laser 12, wie in US-Patent 4,896,325 beschrieben, bereitstellt. Das Funktionsprinzip jedes SGDBR 18 und 20 ist Fachleuten wohlbekannt, wie auch das Konzept des Verwendens eines MAR 28 in einer einzelnen optischen Kavität, um eine differentielle Effizienz zu erhalten, die größer ist als eins.
  • 4(b) und 5(b) stellen eine andere Ausführungsform dar, welche die gleichen Konzepte verwendet. In dieser Ausführungsform sind die getrennten aktiven pin-Bereiche des Verstärkungsabschnitts vertikal integriert, wobei die seriellen elektrischen Verbindungen von dazwischenliegenden n+-p+ Tunneldioden abgeleitet sind. Diese Schichtstruktur ist insbesondere in Verbindung mit der vertikalen Diodenausführung mit resonanter Kavität aus 2(a) nützlich, da mehr Absorption zu Photodioden mit breiterer optischer Bandbreite und besserer Effizienz führen kann. Absorber können an Maxima einer stehenden Welle angeordnet werden und die Tunneldioden an Nulldurchgängen der stehenden Welle, so daß eine Multiplikation der Absorptionsfähigkeit um nahezu 2 × die Anzahl der aktiven Bereiche erreicht wird.
  • 4(c) stellt eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar. In 4(c) ist die Signalverstärkung relativ zu anderen Ausführungsformen durch das Hinzufügen des integrierten SOA 22 außerhalb des Laser-Resonators erhöht. Der Datensignalstrom wird noch auf den Verstärkungsabschnitt angewandt und der Verstärkungsabschnitt kann entweder aus einem konventionellen einzelnen aktiven Bereich bestehen oder einem MAR 28, wie in den Ausführungsformen aus 4(a) oder 4(b) für mehr Signalverstärkung. Der externe SOA 22 kann ungefähr 20 dB an Verstärkung bereitstellen, wohingegen die Konstruktion mit mehrfach aktivem Bereich eine Verstärkung von ungefähr 1 bereitstellt. Normale Laser haben differentielle Effizienzen von ~20–30%, daher führt die MAR 28 Konstruktion zu einer Verbesserung von 3 bis 5 ×. Die MAR 28 Konstruktion ist vorteilhaft, da sie das Signal-zu-Rausch-Verhältnis nicht verschlechtert, wohingegen dies der SOA 22 tut. Jedoch kann das konstante Rauchen, das dem SOA hinzugefügt wird, vernachlässigbar sein, wenn das Signalniveau bereits hoch ist, so wie es mit einem MAR-Verstärkungsabschnitt und/oder Verstärkung in dem Photodetektor 14 der Fall sein kann. Diese Geometrie erlaubt auch das Einpegeln des Ausgangsdatensignalniveaus über einen externen Steuerschaltkreis.
  • Wenn die Signalbandbreite sehr hoch ist, wie zum Beispiel, aber nicht begrenzt auf 15 GHz oder größer, so kann die direkte Modulation des Lasers 12 schwierig sein. Auch wenn Chirping der Wellenlänge ein Problem ist, könnte eine direkte Modulation nicht eine optimale Lösung sein. Zuletzt, wenn die Ausgangswellenlänge des Lasers 12 sehr genau eingestellt werden muß, könnte eine direkte Modulation die Fähigkeit des Steuerschaltkreises 16 beeinträchtigen, die Wellenlänge mit ausreichender Genauigkeit zu halten. Aus all diesen Gründen kann die Verwendung externer Modulation, wie in 4(d) dargestellt, erforderlich sein. In diesem Fall wird der Signaldatenstrom an den integrierten externen Modulator angelegt. Ein EAM 44 ist gezeigt, aber ein interferometrischer Modulator, wie zum Beispiel ein Mach-Zehender-Modulator oder ein Modulator mit direktionalem Koppler oder ein anderes Äquivalent ist auch möglich durch Benutzen passiver Wellenleiterabschnitte einer angepaßten Konstruktion. Wie angedeutet, können die SOAs 22 und 24 auch vorteilhaft benutzt werden, um das Eingangsträgerniveau zu erhöhen und modulierte Daten auszugeben. Die Verwendung von aktiven MAR-28-Elementen aktiven kann auch vorteilhaft sein, wenn der RIN des Lasers minimiert werden soll. Da der aktive Bereich in diesen Fall durch eine Quelle mit hoher Impedanz vorgespannt werden kann, kann das inhärente Rauschen des Ausgangs Niveaus des Laser 12 unterhalb des Schrotrauschens reduziert werden. Die SOAs 22 und 24 an dem Ausgang des Lasers 12 können vermieden werden durch Erreichen der gewünschten Signalverstärkung in dem Photodetektor 14, wo ihr Rauschen durch den Stromanpassungsschaltkreis entfernt werden kann. Dies liefert eine Signalverstärkung mit einem maximalen Signal-zu-Rausch-Verhältnis.
  • In vielen Ausführungsformen kann der Stromanpassungsschaltkreis 16 einfach in Si-CMOS gebildet werden, wenn externe Shunt-Schaltkreise verwendet werden. Jedoch kann die Anordnung für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb keine ausreichend niedrige Shunt-Kapazität bereitstellen, so daß es wünschenswert sein kann, zumindest einige der Funktionalitäten On-Chip zu haben. Die Shunt-Impedanz dieses Schaltkreises ist in 7 gezeigt. Wenn dieser Schaltkreis den Treiberstrom shuntet, dann kann das Rauschen auf der Basislinie (logische „0") und dem Maximum (logische „1") der Daten entfernt werden, vorausgesetzt, daß das Signalniveau auf die geeigneten Niveaus für die Verstärkungskomponenten in dem Photodetektor 14 angepaßt werden kann.
  • Eine Ausführungsform eines integrierbaren Bearbeitungsschaltkreises 16 für die Laservorspannung ist in 6 gezeigt. Diodenketten können verwendet werden, um einen Schwellenwert zu setzen und das Niveau des modulierenden Datensignals zu begrenzen. Diese können integriert sein, wobei die gleichen Herstellungsschritte verwendet werden, die bereits notwendig sind, um den Photodetektor 14 und abstimmbare Elemente des Lasers 12, die in 2 bis 5 gezeigt sind, zu bilden.
  • Andere Bearbeitungsschaltkreise sind möglich, welche die Charakteristik aus 7 und den gewünschten aktiven Laserbereich (Verstärkung) oder die EAM-Vorspannung bereitstellen, wobei kompatible integrierbare Technologie verwendet wird und diese können erreicht werden, wobei Standardschaltkreisentwurfpakete verwendet werden. Wenn der Photostrom an den EAM angelegt wird, so wie es für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb wünschenswert sein kann, dann kann der Stromanpassungsschaltkreis 16 für irgendeinen erwünschen Betrieb die richtige Sperrvorspannung an den EAM liefern. Solch ein erwünschter Betrieb umfaß, ist aber nicht beschränkt auf, Minimieren des Chirp oder Maximieren der Linearität für eine Ausgangswellenlänge des Lasers 12.
  • Der Wellenlängenwandleraufbau 10 ist ein monolithisch integrierter optoelektronischer Wellenlängenwandleraufbau. Bestimmte Ausführungsformen weisen auf: Photodetektor 14 elektrisch mit einem Mehrabschnittslaser 12 verbunden, der eine differentielle Effizienz größer als eins hat, wobei der Photostrom durch ein Schaltkreiselement bearbeitet werden kann, so daß ein Abgreifen, eine Schwellenwertsetzung und ein Begrenzen der erfaßten Daten ermöglicht wird. Schlüsselelemente des Stromanpassungsschaltkreises 16 können mit den gleichen Herstellungsschritten integrierbar sein, die für den Photodetektor 14 und den Laser 12 benötigt werden.
  • In bestimmten Ausführungsformen ist der Photodetektor 14 ein kantenbeleuchteter Wellenleiterphotodetektor. In anderen Ausführungsformen ist der Photodetektor 14 ein oberflächenbeleuchtetes Element. In den Wellenleiterausführungsformen kann der SOA 30 mit dem Photodetektor 14 integriert sein, wobei die gleiche Herstellungssequenz für zusätzliche Verstärkung oder Niveausteuerung verwendet wird. In diesen Ausführungsformen kann auch das abstimmbare Wellenleiterfilter 42 mit der gleichen Herstellungssequenz eingebaut sein, so daß unerwünschte Signale oder Rauschen von dem SOA 30 gefiltert werden.
  • Der Laser 12 kann SGDBRs 18 und 20 verwenden und Verstärkungs- und Phasenverschiebungs-Abschnitte, so daß eine Abstimmbarkeit der Ausgangswellenlänge über einen Bereich von mehreren zehn Nanometern bereitgestellt wird. Um eine Nettosignalverstärkung zu erreichen, kann der Verstärkungsabschnitt des Lasers 12 verschiedene aktive Bereich aufweisen, die elektrisch in Serie betrieben werden und/oder der Laser 12 kann einen integrierten externen SOA an seinem Ausgangsanschluß aufweisen.
  • In einer bestimmten Ausführungsform ist der bearbeitete Photostrom mit einem integrierten externen Modulator verbunden, so daß ein reduziertes Wellenlängenchirping bereitgestellt wird und im allgemeinen ein Betrieb mit höherer Datenrate als mit direkter Modulation des Verstärkungsabschnitts des Lasers 12 möglich ist. Elektroabsorptionsmodulatoren (EAMs) (Robert G. Walker, „High-Speed III–V Semiconductor Intensity Modulators", IEEE J. Want. Electron., 27, (3), 654–667, (März 1991); F. Koyama und K. Iga, „Frequency Chirping in External Modulators", j: Lightwave Tech., 6, (1), 87–93, (Januar 1988); B. Mason, G. A. Fish, S. P. DenBaars und L. A. Coldaren, "Widely Tunable Sampled Grating DBR Lasers with Integrated Electroabsorption Modulator", Photon. Tech. Letts., 11, (6), 638–649, (Juni 1999)) oder interferometrische Modulatoren können mit der gleichen Herstellungssequenz wie die anderen Elemente integriert werden. In dieser bestimmten Ausführungsform gehen die SOA-Abschnitte dem Modulatorabschnitt vor oder folgen ihm, um eine Nettosignalverstärkung und/oder Datenniveauanpassung zu erreichen. Zusätzlich können die kombinierten Dispersionscharakteristiken der SOAs und des EAM so verwendet werden, daß eine erwünschte Netto-Chirpcharakteristik bereitgestellt wird.
  • In anderen Ausführungsformen ist das Stromanpassungsschaltkreiselement 16 nichtlinear und weist eine Verbindung mit einer externen Quelle auf, so dass der Laser 12 mit einem notwendigen Schwellenwertstrom versorgt wird. In einer anderen Ausführungsform weist der Stromanpassungsschaltkreis 16 ein Mikrowellenfilter auf, so daß Subcarrier-Kopfzeileninformation entfernt wird. In noch einer anderen Ausführungsform kann der Stromanpassungsschaltkreis 16 einen Begrenzungsschaltkreis aufweisen, so daß alle Ströme über einem gegebenen Niveau geshuntet werden. Das Stromanpassungsschaltkreiselement 16 kann auch einen Schwellenwertschaltkreis aufweisen, s0 daß Photoströme unter einem gegebenen Niveau geschuntet bzw. abgezweigt werden. Diese zuletzt genannten Schaltkreise können teilweise extern zu dem monolithischen photonischen IC sein oder sie können passende serielle Diodenketten aufweisen, die kompatibel integriert werden können.
  • Alle oder einige der Elemente des Wellenleiterkonverteraufbaus 10 können mit einem standardisierten photonischen IC-Herstellungsverfahren hergestellt werden. Daher können verschiedene Optionen hinzugefügt werden in Abhängigkeit von den erwünschten Spezifikationen und ohne die Notwendigkeit, eine neue oder inkompatible Materialwachstums- und Vorrichtungsherstellungssequenz zu entwickeln. In einer speziellen Ausführungsform weist der Wellenlängenwandleraufbau 10 Elemente auf, die auf InP-Substraten basieren, welche Wellenlängenwandlung und andere Funktionalität nahe des 1,55 μm-Wellenlängenbandes bereitstellen. Es ist klar, daß der Wellenlängenwandleraufbau 10 andere Materialplattformen verwenden kann.
  • Eine weitere Ausführungsform des Wellenlängenwandleraufbaus 10 ist in den 8(a) und (b) dargestellt. In dieser Ausführungsform werden Metallverbindungen zwischen dem Photodetektor 14 und dem Laser 12 durch Integrieren des Photodetektors 14 direkt auf den Laser 12 vermieden. Dies eliminiert jeden überflüssigen seriellen Widerstand oder Induktivität oder Parallelkapazität zwischen den Eingangs- und Ausgangsstufen und optimiert den Aufbau für einen Betrieb bei hoher Datenrate. Halbisolierendes Neuwachstum eines vergrabenen Heterostrukturwellenleiters ist auch für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb dargestellt. Der Stromanpassungsschaltkreis 16 kann auch durch Kontaktieren der mittleren p-InGaAsP-Schicht zwischen dem vertikal gestapelten Photodetektor 14 und dem Laser 12 verbunden sein. Wie dargestellt, erfolgt die Verbindung direkt mit dem integrierten Modulator, was die bevorzugte Verbindung für Hochgeschwindigkeitsbetrieb mit geringem Chirp sein kann. Vertikale Beleuchtung ist ebenfalls dargestellt, aber ein horizontaler Wellenleiterdetektoraufbau ist auch möglich. Ein vertikaler Aufbau kann bevorzugt sein, da es weniger Übersprechen zwischen Eingangs- und Ausgangslichtwellensignalen gibt. Eine solche vertikale Integration wird durch Ausführen verschiedener Neuwachstumsschritte erzielt, wie in solchen photonischen integrierten Schaltkreisen üblich, wobei Fachleuten wohlbekannte Techniken verwendet werden.
  • In einer Betriebsart der Ausführungsformen aus 8(a) und (b) wird eine Sperrvorspannung zwischen den Vorspannung-1- und Vorspannung-2-Elektroden angelegt, um den InGaAs-Absorberbereich zu entleeren und minimale Entladungszeiten für Phototräger bereitzustellen. Vorspannung-2 ist auf die Spannung eingestellt, die für einen optimalen Betrieb des Modulators geeignet ist. Beispielhafte DC-Potentiale weisen auf, sind aber nicht beschränkt auf, –2 V an der Vorspannung-2-Elektrode und –6 V an der Vorspannung-1-Elektrode. Die Dicke des InGaAs-Absorbers ist so angepaßt, daß sie ausreichend ist, um das meiste des einfallenden Lichts zu absorbieren, aber nicht so dick, daß der Transport der Ladungsträger durch die Kontaktschichten verlangsamt wird. Es ist offensichtlich, daß ein Avalanche-Photodetektor (APD) ebenfalls anstelle des einfachen, in den 8(a) und (b) dargestellten pin-Detektors verwendet werden kann. In diesem Fall sind zusätzliche Schichten erforderlich, so daß das Verstärkungsbandbreitenprodukt des APD optimiert wird.
  • Die vorangegangene Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und der Beschreibung präsentiert. Es ist nicht beabsichtigt, abschließend zu sein oder die Erfindung auf die offenbarten präzisen Formen zu beschränken. Es ist offensichtlich, daß viele Modifikationen und Variationen für den Fachmann offensichtlich sind. Es ist beabsicht, daß der Schutzbereich der Erfindung durch die folgenden Ansprüche definiert wird.

Claims (48)

  1. Ein monolithisch integrierter Wellenlängenwandleraufbau (10), der aufweist: ein Halbleitersubstrat, eine epitaktische Struktur, die auf dem Substrat mit Bereichen unterschiedlicher optischer Eigenschaften ausgebildet ist, ein einstellbarer Multisektionslaser (12), der in der epitaktischen Struktur ausgebildet ist, ein Photodetektor (14), der in der epitaktischen Struktur ausgebildet ist und eine optisch aktive Absorberregion (36) hat, die ein optisches Eingangssignal einer ersten Wellenlänge absorbiert und ein erstes elektrisches Signal in Antwort hierauf erzeugt, und einen Konditionierungsschaltkreis (16), der auf dem Substrat ausgebildet ist, wobei der Konditionierungsschaltkreis (16) mit dem Verstärkungsmedium des Lasers und dem Photodetektor verbunden ist, wobei der Konditionierungsschaltkreis das erste elektrische Signal von dem Photodetektor empfängt und ein zweites elektrisches Signal zu dem Laser (12) in Antwort hierauf erzeugt, wobei das zweite elektrische Signal dem Laser bereitgestellt wird, um sein Ausgangssignal auf eine zweite Wellenlänge zu modulieren.
  2. Aufbau nach Anspruch 1, bei dem der Konditionierungsschaltkreis (16) Biasspannungen für den Photodetektor (14) und den Laser (12) erzeugt.
  3. Aufbau nach Anspruch 1, bei dem der Konditionierungsschaltkreis (16) nichtlineare Schaltkreiselemente enthält, um eine Größe des zweiten elektrischen Signals zu beschränken, wobei die Maxima der Signalpulse umgebildet werden.
  4. Aufbau nach Anspruch 1, bei dem der Konditionierungsschaltkreis (16) nichtlineare Schaltkreiselemente enthält, um ein Minimumlevel an das zweite elektrische Signal zu liefern, wobei die Minima der Signalpulse umgeformt werden.
  5. Aufbau nach Anspruch 1, bei dem das Halbleitersubstrat halb-isolierendes InP ist.
  6. Aufbau nach Anspruch 1, bei dem der Photodetektor (14) zumindest eine Bandlücke hat, die sich von zumindest einer Bandlücke des Lasers unterscheidet.
  7. Aufbau nach Anspruch 1, bei dem der Laser (12) ein Modeneinstellelement beinhaltet, das ein steuerbares Phasenverschiebungselement ist.
  8. Aufbau nach Anspruch 1, bei dem der Laser (12) einen ersten Reflektor (18) und einen zweiten Reflektor (20) beinhaltet, der eine Resonanzkavität festlegt, wobei mindestens einer, der erste oder der zweite Reflektor (18, 20), frequenzselektiv und einstellbar ist.
  9. Aufbau nach Anspruch 8, bei dem zumindest einer, der erste oder der zweite Reflektor (18, 20), ein verteilter Reflektor ist.
  10. Aufbau nach Anspruch 8, wobei sowohl der erste als auch der zweite Reflektor (18, 20) einen verteilten Reflektor aufweisen.
  11. Aufbau nach Anspruch 8, bei dem zumindest einer, der erste oder der zweite Reflektor (18, 20), ein sampled grating distributed Bragg-Reflektor ist.
  12. Aufbau nach Anspruch 8, bei dem der erste und der zweite Reflektor (18, 20) ein sampled grating distributed Bragg-Reflektor ist.
  13. Aufbau nach Anspruch 8, bei dem eine Maximum-Reflektivität von dem ersten und dem zweiten Reflektor (18, 20) einstellbar ist.
  14. Aufbau nach Anspruch 1, bei dem der Laser (12) ein Verstärkungsmedium (28) hat, das mit dem Photodetektor (14) über den Konditionierungsschaltkreis (16) verbunden ist, und das zweite elektrische Signal dem Verstärkungsmedium (28) bereitgestellt wird, um die Ausgabe des Lasers (12) zu modulieren.
  15. Aufbau nach Anspruch 1, bei dem der Laser (12) ein Verstärkungsmedium (28) mit multiaktiver Region hat.
  16. Aufbau nach Anspruch 8, bei dem der Laser (12) einen steuerbaren Verstärker (22, 24) beinhaltet, der außerhalb der Resonanzkavität positioniert ist.
  17. Aufbau nach Anspruch 8, bei dem der Laser (12) einen steuerbaren Modulator (26) beinhaltet, der außerhalb der Resonanzkavität positioniert ist.
  18. Aufbau nach Anspruch 8, bei dem der Laser (12) einen Modulator (26) und zumindest einen Verstärker (22, 24) beinhaltet, der außerhalb der Resonanzkavität positioniert ist.
  19. Aufbau nach Anspruch 17, bei dem der Modulator (26) mit dem Photodetektor (14) verbunden ist, und das zweite elektrische Signal die Ausgabe des Lasers (12) mit dem Modulator (26) moduliert.
  20. Aufbau nach Anspruch 19, bei dem der Konditionierungsschaltkreis (16) Vorspannungsspannungen für ein Verstärkungsmedium (28) des Lasers (12) erzeugt.
  21. Aufbau nach Anspruch 18, bei dem der Modulator (26) mit dem Photodetektor (14) verbunden ist, und das zweite elektrische Signal den Ausgang des Lasers (12) mit dem Modulator moduliert.
  22. Aufbau nach Anspruch 1, bei dem der Photodetektor (14) einen optischen Halbleiterverstärker (30) beinhaltet.
  23. Aufbau nach Anspruch 1, bei dem der Photodetektor (14) mindestens einen einstellbaren Filter (32, 34) beinhaltet.
  24. Aufbau nach Anspruch 1, bei dem der Photodetektor (14) einen ersten und einen zweiten einstellbaren Filter (32, 34) beinhaltet.
  25. Aufbau nach Anspruch 24, bei dem zumindest einer, der erste oder der zweite einstellbare Filter (32, 34), ein verteilter Bragg-Reflektor ist.
  26. Aufbau nach Anspruch 24, bei dem der erste und der zweite einstellbare Filter (32, 34) verteilte Bragg-Reflektoren sind.
  27. Aufbau nach Anspruch 24, bei dem zumindest einer, der erste oder der zweite einstellbare Filter (32, 34) ein sampled grating distributed Bragg-Reflektor ist.
  28. Aufbau nach Anspruch 1, bei dem der Photodetektor (14) mindestens ein elektrisch isolierendes Gebiet beinhaltet, das neben dem Absorber positioniert ist.
  29. Aufbau nach Anspruch 1, bei dem der Photodetektor (14) einen Vorverstärker (30) und ein erstes elektrisch isolierendes Gebiet beinhaltet, das zwischen dem Vorverstärker (30) und dem Absorber (36) positioniert ist.
  30. Aufbau nach Anspruch 1, bei dem der Photodetektor (14) einen Vorverstärker (30) und ein erstes einstellbares Filter (32) beinhaltet, das zwischen dem Vorverstärker (30) und dem Absorber (36) positioniert ist.
  31. Aufbau nach Anspruch 30, bei dem der Photodetektor (14) ein zweites einstellbares Filter (34) beinhaltet.
  32. Aufbau nach Anspruch 31, bei dem der erste und der zweite einstellbare Filter (32, 34) eine Resonanzkavität festlegen.
  33. Verfahren zum Umwandeln einer optischen Wellenlänge in einem Wellenlängenwandleraufbau mit einem Photodetektor und einem Laser (12), das aufweist: Bereitstellen eines monolithisch integrierten Wellenlängenwandleraufbaus (10) mit einem Photodetektor (14) und einem Laser (12), die in einer gemeinsamen epitaktischen Struktur mit Bereichen sich unterscheidender Bandlücke ausgebildet sind, wobei der Laser (12) einen Laserresonator beinhaltet, der durch einen ersten Reflektor (18) und einen zweiten Reflektor (20) festgelegt wird, wobei zumindest einer der beiden Reflektoren frequenzselektiv und einstellbar ist, Absorbieren eines optischen Eingangs mit einer ersten Wellenlänge an dem Wellenlängenwandleraufbau (10) und Erzeugen eines ersten elektrischen Signals von dem Photodetektor (14) in Antwort hierauf, Konditionieren des ersten elektrischen Signals in einem Stromkonditionierungsschaltkreis (16), um ein zweites elektrisches Signal zu erzeugen, wobei das zweite elektrische Signal dem Laser (12) zur Verfügung gestellt wird, und Erzeugen eines Laserausgangs von dem Laser (12) bei einer zweiten Wellenlänge in Antwort auf das zweite elektrische Signal.
  34. Verfahren nach Anspruch 33, bei dem der Stromkonditionierungsschaltkreis (16) Vorspannungsspannungen (Biasspannungen) für den Photodetektor (14) und den Laser (12) erzeugt.
  35. Verfahren nach Anspruch 33, bei dem der Konditionierungsschaltkreis (16) nichtlineare Schaltkreiselemente beinhaltet, um eine Größe des zweiten elektrischen Signals zu begrenzen, wobei die Maxima der Signalpulse umgeformt werden.
  36. Verfahren nach Anspruch 33, bei dem der Konditionierungsschaltkreis (16) nicht lineare Schaltkreiselemente enthält, um ein Minimumlevel dem zweiten elektrischen Signal bereitzustellen, wobei die Minima der Signalpulse umgeformt werden.
  37. Verfahren nach Anspruch 33, bei dem die gemeinsame epitaktische Struktur auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist und das Halbleitersubstrat halb-isolierendes InP ist.
  38. Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Konditionieren des ersten elektrischen Signals das Modifizieren des Bias und des Schwellwertes des ersten elektrischen Signals beinhaltet.
  39. Verfahren nach Anspruch 33, bei dem die optische Eingabe bei dem Photodetektor (14) absorbiert wird.
  40. Verfahren nach Anspruch 33, bei dem der Laser ein Verstärkungsmedium (28) beinhaltet, das in der gemeinsamen epitaktischen Struktur ausgebildet ist.
  41. Verfahren nach Anspruch 33, das weiterhin aufweist: Steuern einer Phase des Ausgangs des Lasers (12).
  42. Verfahren nach Anspruch 33, das weiterhin aufweist: Einstellen einer Maximalreflektivität des ersten Reflektors (18) relativ zu einer Maximalreflektivität des zweiten Reflektors (20), um die zweite Wellenlänge auszuwählen.
  43. Verfahren nach Anspruch 33, das weiterhin aufweist: Modulieren des Ausgangs des Lasers (12).
  44. Verfahren nach Anspruch 33, bei dem das zweite elektrische Signal den Ausgang des Lasers (12) moduliert.
  45. Verfahren nach Anspruch 44, bei dem der Ausgang des Lasers (12) unter Verwendung eines Modulators (26) moduliert wird, der außerhalb einer Resonanzkavität des Lasers (12) auf der gemeinsamen epitaktischen Struktur positioniert ist.
  46. Verfahren nach Anspruch 44, bei dem der Ausgang des Lasers unter Verwendung eines Verstärkungsmediums (28) auf der gemeinsamen epitaktischen Struktur moduliert wird.
  47. Verfahren nach Anspruch 33, das weiterhin aufweist: Auswählen eines Wellenlängenbereichs für das Erfassen auf dem Photodetektor (14).
  48. Verfahren nach Anspruch 33, das weiterhin aufweist: Verstärken des optischen Eingangs vor der Absorption durch den Wellenlängenwandleraufbau (10).
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