TW202414038A - 半導體光學放大器光組合器 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種相干光學組合光子積體電路，其可偵測及對準藉由一可縮放數量之半導體光學放大器(SOA)放大的光。該光可經分離成光束中及藉由一PIC中之個別SOA放大，且經由該PIC中之耦合器組合。該經組合光可使用一光電偵測器量測，且該等光束可基於該光電偵測器量測來調整以相干地組合該光以自該光子積體電路達成高光學功率。

Description

半導體光學放大器光組合器
本發明大體上係關於光學器件且更特定言之係關於光學組合器。
光子積體電路可經實施以達成很低損耗、輕型、緊湊之光學器件。雖然光子積體電路具有顯著性質，但很難實施用於高功率光學應用之光子積體電路設計。一例示性應用包含光達(LIDAR)，其中更高光學功率與更多測距及偵測資訊愈加相關，其容許一給定之光達系統更快地偵測物件，此可提高安全性。
在以下描述中，出於解釋之目的，許多具體細節經提出以便於提供本發明標的物之各種實施例之一理解。然而，顯而易見的係，對於熟悉此項技術者而言，本發明標的物之實施例可在沒有此等具體細節之情況下實踐。一般而言，熟知之指令例項、結構及技術不必詳細展示。
如前所討論，一些光學器件在更高功率下達成更高效能，以產生高光學輸出光。例如，在一光達系統中，增加功率能夠增加操作範圍及偵測，此可使一基於光達之車輛能夠更快地偵測到危險。在更高功率下更具效能之光學應用(例如，光達)之一問題係在不限制設計之功能性的情況下，很難在一光子積體電路中整合高功率組件。例如，半導體光學放大器(SOA)可用於放大一光子積體電路(PIC)中之光。SOA通常表現出增益飽和效應。當SOA電流低時，SOA處於一吸收組態中，其中所得SOA輸出功率係輸入功率之一遞增函數(例如，吸收飽和)。然而，當驅動電流高於一給定臨限值(例如，SOA之穿透電流)時，所得輸出功率成為輸入功率之一遞減函數(增益飽和)。因此，僅增加驅動電流或增加放大器長度並不能克服為達成高功率PIC效能所遇到之增益飽和問題。
為解決上述問題，在一些例示性實施例中，一半導體光學放大器相干組合器實施多個並聯半導體光學放大器以放大光學光功率。藉由實施一並聯組合器架構，減少藉由一單一半導體光學放大器處置之功率。在一些例示性實施例中，SOA輸出經耦合至一或多個矽波導中，其中輸出係相位匹配的，且在矽波導與氮化矽波導中非相干地組合。
在一些例示性實施例中，光經分離至多個並聯SOA中以進行放大，且然後經耦合回至一矽波導中以進行相位控制。在一些例示性實施例中，光經耦合回至一或多個矽或氮化矽組件中以進行光束組合。在一些例示性實施例中，一光電二極體經安置在組合光束之一光束組合器之後，藉此實現光相位之閉環控制。在一些例示性實施例中，所有高功率PIC設計光學組件經整合於一單一光學晶粒中，其達成構建及使用實用之一低損耗設計(例如，與非PIC解決方案相反)。
在一些例示性實施例中，高功率PIC實施例之一問題係歸因於雙光子吸收效應之一損耗。例如，具有額外並聯SOA之一設計可將一總體光學效能限制於一單一SOA之極限。為解決上述問題，且根據一些例示性實施例，在組合之前，一或多個SOA輸出波導經耦合至一或多個氮化矽波導，以減少雙光子吸收效應且支援一單一波導中之更高功率。以此方式，由氮化矽形成之組件可支援比矽組件顯著更高之光學功率(例如，比受雙光子吸收限制之矽實施例高10至20倍)。
在一些例示性實施例中，在到達用於監測及控制之一混合矽光子監測器光電二極體(MPD)之前，一分接埠經轉回至一矽波導。以此方式，光相干係經由一基於MPD之方法來實施，其可擴展以相干地組合額外對SOA以用於高效及實用之高功率PIC器件。
圖1展示根據一些例示性實施例之一例示性低損耗單晶粒相干分離器組合器PIC 100，其中一整合式加熱器經控制以最小化用於相干組合及高功率光學信號之MPD電流。如所繪示，一輸入光束經耦合至1x2耦合器105，且該光束經分離成經耦合至一半導體光學放大器110之一第一光束及經導向至一半導體光學放大器115之一第二光束(例如，經由一無源矽或III-V材料波導)。加熱器120加熱引導第一光束之材料以執行相移。
在一些例示性實施例中，一第二加熱器125加熱引導第二光束之材料以用於相移。在一些例示性實施例中，僅實施加熱器120、125之一者(例如，更具功率效率之那個加熱器)，藉此降低總功率消耗。在一些例示性實施例中，第一光束及第二光束在一2x2光學耦合器130中組合，其將一第一輸出埠導向至一監測器光電二極體(MPD) 140，且將第二輸出埠導向至一輸出波導。
如圖1所示，不同組件可由矽或氮化矽形成。在圖1所繪示之實施例中，用虛線劃出之組件係使用氮化矽形成的。在一些例示性實施例中，控制電路135自監測器光電二極體140接收一光電流，以控制一或多個加熱器(例如，加熱器120及/或加熱器125)之加熱，以引起相移使得在監測器光電二極體140處偵測到一最小量電流(例如，相移以在組合時引起相消干涉)。在經耦合至2x2耦合器130之一第一輸出埠的光電二極體處偵測到的電流之最小化藉此指示一最大量光學功率經導向朝向2x2耦合器之第二輸出埠。
圖2展示根據一些例示性實施例之一例示性低損耗單晶粒相干組合器PIC 200，其中加熱器經設定以最大化監測器光電二極體光電流。在圖2之實例中，一輸入光束經耦合至一1x2耦合器205中，其將光束分離成經耦合至一半導體光學放大器210之一第一光束及經由一波導耦合至一半導體光學放大器215之一第二光束。在一些例示性實施例中，光經耦合至一或多個無源矽材料波導(如箭頭所示)，該等波導與經耦合在一起之組件形成於一單晶粒上，以實現低損耗光學效能。此外，第一加熱器220加熱引導第一光束之材料(例如，波導)以執行第一光束之相移。在一些例示性實施例中，一第二加熱器225加熱引導第二光束之材料以在下臂上進行相移。在一些例示性實施例中，僅實施加熱器220、225之一者(例如，經判定為更具功率效率之那個加熱器)，藉此降低PIC 200之總功率消耗。在一些例示性實施例中，然後第一及第二光束係由一2x1耦合器230組合，其將經組合之光束輸入至一分接頭235(例如，經由波導)中。分接頭235抽走光束之一部分，且將該部分導向朝向一監測器光電二極體240以供控制電路245分析，以調整加熱器220及225之一或多者。如圖2所繪示，然後光之未分接部分係自PIC 200輸出。在一些例示性實施例中，光之未分接部分經輸入至額外PIC組件中，用於額外光學處理(例如，濾波、調變)。
對比圖1之實施例(其中最大功率輸出係藉由最小化在MPD 140處偵測到之電流來指示)，在圖2中，監測器光電二極體240能直接量測相干組合器(例如，2x1耦合器230)之實際輸出，其有效地減少故障點且簡化相干地組合光中相移之使用。
圖3展示根據一些例示性實施例之一低損耗單晶粒擴展相干分接式組合器PIC 300。如上所討論，SOA相干組合器係可擴展的，且可在一單一SOA解決方案可達成之最大功率之外操作。例如，儘管歸因於一旦SOA之數量高於3則相干性之演算法不穩定，習知方法很難或不可能添加用於相干組合之額外SOA(例如，達成用於相干結合之四個或更多個SOA)，但SOA組合器之例示性實施例可有效地添加及管理用於更高光學功率之SOA；明確言之，且根據一些例示性實施例，藉由添加SOA對且實施一光電偵測器(例如，MPD)作為用於經由整合式分離器及組合器而分離及組合之所有光的一光相干指示器。圖1及圖2中實施之架構基於一MPD讀取執行光相干之回饋偵測，其可一致地擴展以使用相干回饋偵測MPD程序達成一更高數量之SOA(例如，四個或更多個SOA)及光學功率。在一些例示性實施例中，相位調諧器(例如，加熱器)、組合器(例如，2x1 MMI耦合器)及局部分接頭之光學損耗經組態成小於3 dB，以使輸出光學功率高於任一給定之基於單一SOA之解決方案。
在圖3之實例中，一輸入光束經輸入至一1x2耦合器305中，其將光束分離成經輸入(例如，經由波導)至一1x2耦合器310之一第一光束及經輸入至一1×2中耦合器315中之一第二光束。1x2耦合器310將第一光束分離成更多光束，該等光束經輸入至一半導體光學放大器(SOA) 320及一半導體光學放大器(SOA) 325中，其等放大光束。然後使用加熱器340或加熱器345來調整光束之間之相位。在一些例示性實施例中，兩個加熱器340、345各自個別地改變第一及第二光束之相位，使得其等根據MPD電流相干地組合(例如，最小化、最大化)。在一些例示性實施例中，加熱器340、345之一者(例如，經測試或以其他方式判定為更具功率效率之那個加熱器)改變其對應光束之相位，使得第一及第二光束之相位根據MPD電流相干地組合。
然後光束經耦合至一組合器(諸如一2x1耦合器360 (例如，MMI，Y型接面))中，以與自耦合器305產生之第二光束分量相干組合。特定言之，且根據一些例示性實施例，由1x2耦合器315分離之第二光束係使用一半導體光學放大器(SOA) 330及一半導體光學放大器(SOA) 335放大。然後，第二光束係使用一或多個加熱器(例如，加熱器350、加熱器355)經由加熱而相移，且然後第二光束之子光束係使用諸如2x1耦合器365之一組合器而光學組合。在2x1耦合器365中組合之後，第二光束然後經輸入至組合器2x1耦合器370中以與第一光束組合。經組合光束係使用分接頭375而分接。經分接部分經由一監測器光電二極體380轉導成電流以供控制電路385使用。控制電路385實施控制指令及邏輯以控制加熱器350、355之一者以對第二光束(例如，或第二光束分量之一者，諸如僅使用加熱器350進行相移)進行相位調整，以引起一回饋迴路中第一光束與第二光束之間之相位對準。例如，藉由最大化在監測器光電二極體380處偵測到之電流。應暸解，儘管圖3之擴展實例實施一分接頭375至一監測器光電二極體380以最大化電流，但在一些例示性實施例中，一擴展組合器PIC可使用如上參考圖1所討論之電流之一最小化來實施四個或更多個半導體光學放大器。此外，儘管為簡潔起見，在圖3之實例中僅繪示兩對SOA，但應暸解，使用相同方法可類似地相干組合額外對SOA。例如，三對SOA：相干地對準及組合第一對而第二對及第三對SOA非相干地組合，然後基於第一對相干地對準及組合第二對SOA而容許第三對去相干地組合，且然後根據相干第一對及第二對SOA相干地組合第三對SOA，其中對於光相干偵測及調整實施相同MPD。
圖4展示根據一些例示性實施例之一低損耗單晶粒調變器及相干組合器PIC 400。在所繪示之實例中，根據一些例示性實施例，PIC 400可執行高速調變及相干組合，此可對不同高資料速度及高光學功率PIC設計實施。在PIC 400中，架構包括一高速Mach-Zehnder干涉儀(MZI)調變器402，其經由一高速資料控制器420控制，該高速資料控制器420使用調變器410及調變器415(例如，電吸收調變器(EAM))執行資料調變。如所繪示，一輸入光束經輸入至1x2耦合器405中，其將光束分離成用於MZI 402之上臂之一第一光束及用於在MZI 402之下臂中處理之一第二光束。在上臂中，第一光束係使用調變器410加以調變，使用半導體放大器425加以放大，且使用加熱器435加以相位調整用於相干組合(例如，經由MPD 455回饋控制)。在下臂中，第二光束係使用調變器415加以調變，使用半導體光學放大器430加以放大，且使用加熱器440加以相位調整。經調變且經放大之光束係使用諸如2x1耦合器445之一組合器而組合，且使用分接頭450而分接。如上所討論，光相干係使用來自MPD 455之電流讀數而偵測及調整。此外，儘管在圖4之實例中，架構經組態以在應用高速資料之前經由最大化來自一控制迴路中的MPD 455之電流來執行相干組合，但應瞭解，架構同樣可使用如上圖1中所討論之最小化架構來實施。在一些例示性實施例中，對於高速資料調變，偏置可經設定為正交，以最大化眼高(例如，PAM-4眼高)及眼圖品質，而非光學功率輸出，因此MPD電流之控制目標可為最大值與最小值之間的一半。
圖5展示根據一些例示性實施例之用於在一光子積體電路中實施經放大光之相干組合之一方法500之一流程圖。在操作505，一光束經分離成一或多個光束。例如，在操作505，一1x2耦合器將一接收之光束分離成一第一光束及一第二光束。在操作510，光經放大。例如，一第一半導體光學放大器放大第一光束，且一第二半導體光學放大器放大器放大一第二光束。在操作515，一或多個移相器(例如，加熱器)對一或多個經放大光束執行相移，使得光束將在PIC設計中之下游相干地組合(例如，藉由一1x2耦合器)。在例示性實施例中，相位調整經執行以最大化或最小化由一監測器光電二極體偵測之電流。在操作520，光束係使用諸如一1×2耦合器(例如，MMI)之一光學組合器而組合。在一些例示性實施例中，在PIC首次被初始化時，在操作520，光最初經非相干地組合，以獲得用於相干偵測及校正之一電流讀數，其中光之組合在一控制迴路被建立之後經相干地執行。在操作525，光束之光學相干係經由自一光電二極體產生一電流而偵測。如上所討論，來自MPD之電流係在一基於MPD之相干組合控制迴路中實施，其中控制電路(例如，PIC中之電氣控制電路、一外部控制電路)使用MPD之電流值以執行相位調整及相干校正，以達成更高光學功率。在操作530，光係使用一光學組合器而相干地組合。
在操作530，使用操作505至525對額外對SOA執行額外相干組合。例如，操作505至525可經實施以執行一第一對SOA 320及325之相干組合，以確保在耦合器360處之相干組合(經由自MPD 380偵測之最大化/最小化)，且在操作530處，經由操作505至525調整一或多個額外對SOA。例如，特定言之，在第一對SOA 320及325經調整後，第二對SOA 330及335經調整以在2x1耦合器365處執行相干組合，且在最終組合器(2x1耦合器205)處執行進一步相干組合。
圖6展示根據一些例示性實施例之包含一或多個光學器件之一光電器件600之一側視圖。在所繪示實施例中，光電器件600經展示以包含一印刷電路板(PCB)基板605、有機基板660、一特定應用積體電路615 (ASIC)及PIC 620。
在一些例示性實施例中，PIC 620包含絕緣體上矽(SOI)或矽基(例如，氮化矽(SiN))器件，或可包括由矽及一非矽材料形成之器件。該等非矽材料(或者稱為「異質材料」)可包括III-V材料、磁光(MO)材料或晶體基板材料之一者。III-V族半導體具有在週期表之III族及V族中找到之元素(例如，磷砷化銦鎵(InGaAsP)、砷氮化鎵銦(GainAsN)、砷化鋁銦鎵(AlInGaAs))。III-V族基材料之載流子分散效應可顯著高於矽基材料，因為III-V族半導體中之電子速度比矽中的快得多。此外，III-V族材料具有一直接帶隙，其使得光自電動泵有效產生。因此，與矽相比，III-V族半導體材料能夠以比矽提高之一效率進行光子操作，用於產生光及調變光之折射率。因此，III-V族半導體材料能夠在自電產生光及將光轉換回電時以一提高效率進行光子操作。
因此，在下文描述之異質光學器件中，矽之低光學損耗及高品質氧化物係與III-V族半導體之電光效率組合；在本發明之實施例中，該等異質器件利用器件之異質波導及僅矽波導之間之低損耗異質光學波導變換。
MO材料容許異質PIC基於MO效應操作。此等器件可利用法拉第效應，其中與一電信號相關聯之磁場調變一光束，提供高頻寬調變，且旋轉光學模式之電場，從而啟用光學隔離器。例如，該等MO材料可包括諸如鐵、鈷或釔鐵石榴石(YIG)之材料。此外，在一些例示性實施例中，晶體基板材料提供具有一高機電耦合、線性電光係數、低傳輸損耗及穩定之物理及化學性質之異質PIC。該等晶體基板材料可包括例如鈮酸鋰(LiNbO3)或鉭酸鋰(LiTaO3)。
在所繪示之實例中，根據一些例示性實施例，在一覆晶組態中(其中PIC 620之一頂側經連接至有機基板660，且光自PIC 620背向(例如，朝向一耦合器)之一底側傳播出(或傳播入))，PIC 620經由一光纖621與一外部光源625交換光。根據一些例示性實施例，光纖621可使用一稜鏡、光柵或透鏡與PIC 620耦合。PIC 620之光學組件(例如，光學調變器、光學開關)至少部分係藉由包含在ASIC 615中之控制電路而控制。ASIC 615及PIC 620兩者經展示為經安置於銅柱614上，其等用於經由有機基板660通信地耦合PIC 620。PCB基板605係經由球柵陣列(BGA)互連616而耦合至有機基板660，且可用於將有機基板660(及因此ASIC 615及PIC 620)互連至光電器件600所未示出之其他組件(例如互連件模組、電力供應器等)。
鑑於上述揭示內容，下文闡述各種實例。請注意一實例之單獨或組合地採用之一或多個特徵應被視為在本申請案之揭示內容之內。
實例1. 一種方法，其包括：在一光子積體電路中之一分光器處接收一光束；使用該分光器將該光束分離成一第一光束及一第二光束；使用該光子積體電路中之一對半導體光學放大器放大該第一光束及該第二光束；使用該光子積體電路中之一移相器使該第一光束進行相移；使用一光學組合器組合該第一光束及該第二光束以形成一經組合光束；使用量測該經組合光束之一電流之一光電偵測器偵測該經組合光束之一光學相干；使用控制電路藉由調整使用該移相器對該第一光束進行之該相移來對準該第一光束及該第二光束之相位，該移相器係藉由該控制電路基於由該光電偵測器自偵測該經組合光束產生之一電流而調整，該對準導致經光學相干組合光自組合該第一光束及該第二光束之該光學組合器輸出；及在整合於該光子積體電路中之一輸出波導上傳播該經光學相干組合光。
實例2. 如實例1之方法，其進一步包括：藉由該控制電路識別來自該光電偵測器之該電流。
實例3. 如實例1或2之方法，其進一步包括：藉由該控制電路，藉由控制該移相器以使該第一光束進行相移以最大化自該光電偵測器產生之該電流而最大化來自該光電偵測器之該電流之一位準，以增加在該光學組合器中經組合時該第一光束與該第二光束之間之光學相干。
實例4. 如實例1至3中任一者之方法，其中該光學組合器包括一耦合器，該耦合器包括一第一輸出埠及一第二輸出埠，其中該光電偵測器經耦合至該第一輸出埠，且該第二輸出埠經耦合至該輸出波導。
實例5. 如實例1至4中任一者之方法，其進一步包括：藉由該控制電路，藉由控制該移相器以使該第一光束進行相移以最小化自該光電偵測器產生之該電流而最小化來自該光電偵測器之該電流之一位準，其中最小化來自該光電偵測器之該電流增加在該第二輸出埠處之光之光學相干及光學功率。
實例6. 如實例1至5中任一者之方法，其中該對半導體光學放大器係一第一對半導體光學放大器，且該光子積體電路包括複數對半導體光學放大器，其等係使用該光學組合器、該光電偵測器及該控制電路而相干地組合。
實例7. 如實例1至6中任一者之方法，其中該第一對半導體光學放大器包括一第一光學放大器及一第二光學放大器，且該複數對半導體光學放大器包括一第二對半導體光學放大器，該第二對包括一第三光學放大器及一第四光學放大器。
實例8. 如實例1至7中任一者之方法，其中該等對半導體光學放大器按對循序地相干組合以形成該經光學相干組合光。
實例9. 如實例1至8中任一者之方法，其中該第一對半導體光學放大器係藉由透過使來自該第一對之光進行相移以最大化來自該光電偵測器之電流而相干地組合，而該第二對半導體光學放大器中之光不經調整且在該光學組合器處與該第一對之該經相干組合光去相干地組合。
實例10. 如實例1至8中任一者之方法，其中在來自該第一對半導體光學放大器之該光經相干地組合後，該第二對半導體光學放大器經相干地組合。
實例11. 如實例1至10中任一者之方法，其中來自該第二對半導體光學放大器之光係藉由透過使來自該第二對之光進行相移以最大化來自該光電偵測器之該電流而相干地組合，來自該第二對之該光之該相移係藉由經整合於該光子積體電路中之另一相移器實施。
實例12. 如實例1至11中任一者之方法，其中額外對半導體光學放大器經整合於該光子積體電路中以產生更高功率相干輸出，其中來自各額外對之所有光係使用該分光器分離且經光學放大且基於指示該光子積體電路中之所有光相干的該光電組合器之一電流值而相干地組合。
實例13. 如實例1至12中任一者之方法，其中該光電偵測器包括一監測器光電二極體。
實例14. 如實例1至13中任一者之方法，其中該移相器包括一加熱器，其加熱引導該光子積體電路中之該第一光束之一整合波導。
實例15. 如實例1至14中任一者之方法，其中該對半導體光學放大器包括放大該第一光束之一第一半導體光學放大器及放大該第二光束之一第二半導體光學放大器。
實例16. 一種光子積體電路，其包括：一光束分離器，其用於接收一光束及將其分離成一第一光束及一第二光束；一對半導體光學放大器，其等用於放大該第一光束及該第二光束；一移相器，其用於使該第一光束進行相移；一光學組合器，其用於組合該第一光束及該第二光束以形成一經組合光束；一光電偵測器，其用於量測該經組合光束之電流；控制電路，其經組態以藉由調整使用該移相器對該第一光束進行之該相移而對準該第一光束及該第二光束之相位，該移相器係藉由該控制電路基於由該光電偵測器自偵測該經組合光束產生之一電流而調整，該對準導致經光學相干組合光自組合該第一光束及該第二光束之該光學組合器輸出；及一輸出波導，其用於傳播該經光學相干組合光。
實例17. 如實例16中任一者之光子積體電路，其中該控制電路經進一步組態以識別來自該光電偵測器之電流。
實例18. 如實例16或17中任一者之光子積體電路，其中該控制電路經進一步組態以藉由控制該移相器以使該第一光束進行相移以最大化自該光電偵測器產生之該電流而最大化來自該光電偵測器之該電流之一位準，以增加在該光學組合器中經組合時該第一光束與該第二光束之間之光學相干。
實例19. 如實例16至18中任一者之光子積體電路，其中該光學組合器包括一耦合器，該耦合器包括一第一輸出埠及一第二輸出埠，其中該光電偵測器經耦合至該第一輸出埠且該第二輸出埠經耦合至該輸出波導。
實例20. 如實例16至19中任一者之光子積體電路，其中該控制電路經進一步組態以藉由控制該移相器以使該第一光束進行相移以最小化自該光電偵測器產生之該電流而最小化來自該光電偵測器之該電流之一位準，其中最小化來自該光電偵測器之該電流增加在該第二輸出埠處之光之光學相干及光學功率。
在前述詳細描述中，本發明標的物之方法及裝置已參考其具體例示性實施例予以描述。然而，顯而易見的係，在不脫離本發明標的物之更廣泛精神及範疇之情況下，可對其進行各種修改及改變。本說明書及附圖相應地被視為說明性的而非限制性的。
100:低損耗單晶粒相干分離器組合器PIC 105:1x2耦合器 110:半導體光學放大器 115:半導體光學放大器 120:加熱器 125:加熱器 130:2x2光學耦合器 135:控制電路 140:監測器光電二極體 200:低損耗單晶粒相干組合器PIC 205:1x2耦合器 210:半導體光學放大器 215:半導體光學放大器 220:第一加熱器 225:第二加熱器 230:2x1耦合器 235:分接頭 240:監測器光電二極體 245:控制電路 300:低損耗單晶粒擴展相干分接式組合器PIC 305:1x2耦合器 310:1x2耦合器 315:1x2耦合器 320:第一對半導體光學放大器 325:第一對半導體光學放大器 330:第二對半導體光學放大器 335:第二對半導體光學放大器 340:加熱器 345:加熱器 350:加熱器 355:加熱器 360:2x1耦合器 365:2x1耦合器 370:2x1耦合器 375:分接頭 380:監測器光電二極體 385:控制電路 400:低損耗單晶粒調變器及相干組合器PIC 402:高速Mach-Zehnder干涉儀(MZI)調變器 405:1x2耦合器 410:調變器 415:調變器 420:高速資料控制器 425:半導體放大器 430:半導體光學放大器 435:加熱器 440:加熱器 445:2x1耦合器 450:分接頭 455:監測器光電二極體 500:方法 505:操作 510:操作 515:操作 520:操作 525:操作 530:操作 600:光電器件 605:印刷電路板(PCB)基板 614:銅柱 615:特定應用積體電路 616:球柵陣列(BGA)互連 620:光子積體電路 621:光纖 625:外部光源 660:有機基板
以下描述包含對圖之討論，其具有藉由本發明實施例之實施方案的實例給出的繪示。圖式應藉由實例加以理解且不具限制性。如在本文所使用，引用一或多個「實施例」應理解為描述本發明標的物之至少一實施方案中包含的一特定特徵、結構或特性。因此，在本文中出現之諸如「在一個實施例中」或「在一替代實施例中」之片語描述本發明標的物之各種實施例及實施方案，且不必要地所有參考相同實施例。然而，其等亦不必要地相互排斥。為易於識別對任一特定元件或行為之討論，一元件符號中最高有效數字/若干數字引用該元件或行為首次引入之圖(「圖」)號。
圖1展示根據一些例示性實施例之一例示性低損耗單晶粒相干分離器組合器光子積體電路。
圖2展示根據一些例示性實施例之一例示性低損耗單晶粒相干組合器光子積體電路。
圖3展示根據一些例示性實施例之一低損耗單晶粒擴展相干分接式組合器光子積體電路。
圖4展示根據一些例示性實施例之一低損耗單晶粒調變器組合器光子積體電路。
圖5展示根據一些例示性實施例之用於在一光子積體電路中實施經放大光之相干組合之一方法之一流程圖。
圖6展示根據一些例示性實施例之包含一或多個光學器件之一光電器件之一側視圖。
以下係對某些細節及實施方案之描述，其包含對圖之一描述，其可描繪下面描述之一些或所有實施例，及討論本文中提出之發明概念的其他潛在實施例或實施方案。以下提供本發明實施例之一概述，接著係參考附圖之一更詳細的描述。
500:方法
505:操作
510:操作
515:操作
520:操作
525:操作
530:操作

Claims (20)

  1. 一種方法，其包括： 在一光子積體電路中之一分光器處接收一光束； 使用該分光器將該光束分離成一第一光束及一第二光束； 使用該光子積體電路中之一對半導體光學放大器放大該第一光束及該第二光束； 使用該光子積體電路中之一移相器使該第一光束進行相移； 使用一光學組合器組合該第一光束及該第二光束以形成一經組合光束； 使用量測該經組合光束之一電流之一光電偵測器偵測該經組合光束之一光學相干； 使用控制電路藉由調整使用該移相器對該第一光束進行之該相移來對準該第一光束及該第二光束之相位，該移相器係藉由該控制電路基於由該光電偵測器自偵測該經組合光束產生之一電流而調整，該對準導致經光學相干組合光自組合該第一光束及該第二光束之該光學組合器輸出；及 在整合於該光子積體電路中之一輸出波導上傳播該經光學相干組合光。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括： 藉由該控制電路識別來自該光電偵測器之該電流。
  3. 如請求項2之方法，其進一步包括： 藉由該控制電路，藉由控制該移相器以使該第一光束進行相移以最大化自該光電偵測器產生之該電流而最大化來自該光電偵測器之該電流之一位準，以增加在該光學組合器中經組合時該第一光束與該第二光束之間之光學相干。
  4. 如請求項3之方法，其中該光學組合器包括一耦合器，該耦合器包括一第一輸出埠及一第二輸出埠，其中該光電偵測器經耦合至該第一輸出埠，且該第二輸出埠經耦合至該輸出波導。
  5. 如請求項4之方法，其進一步包括： 藉由該控制電路，藉由控制該移相器以使該第一光束進行相移以最小化自該光電偵測器產生之該電流而最小化來自該光電偵測器之該電流之一位準，其中最小化來自該光電偵測器之該電流增加在該第二輸出埠處之光之光學相干及光學功率。
  6. 如請求項1之方法，其中該對半導體光學放大器係一第一對半導體光學放大器，且該光子積體電路包括複數對半導體光學放大器，其等係使用該光學組合器、該光電偵測器及該控制電路而相干地組合。
  7. 如請求項6之方法，其中該第一對半導體光學放大器包括一第一光學放大器及一第二光學放大器，且該複數對半導體光學放大器包括一第二對半導體光學放大器，該第二對包括一第三光學放大器及一第四光學放大器。
  8. 如請求項7之方法，其中該等對半導體光學放大器按對循序地相干組合以形成該經光學相干組合光。
  9. 如請求項8之方法，其中該第一對半導體光學放大器係藉由透過使來自該第一對之光進行相移以最大化來自該光電偵測器之電流而相干地組合，而該第二對半導體光學放大器中之光不經調整且在該光學組合器處與該第一對之該經相干組合光去相干地組合。
  10. 如請求項9之方法，其中在來自該第一對半導體光學放大器之該光經相干地組合後，該第二對半導體光學放大器經相干地組合。
  11. 如請求項9之方法，其中來自該第二對半導體光學放大器之光係藉由透過使來自該第二對之光進行相移以最大化來自該光電偵測器之該電流而相干地組合，來自該第二對之該光之該相移係藉由經整合於該光子積體電路中之另一相移器實施。
  12. 如請求項10之方法，其中額外對半導體光學放大器經整合於該光子積體電路中以產生更高功率相干輸出，其中來自各額外對之所有光係使用該分光器分離且經光學放大且基於指示該光子積體電路中之所有光相干的該光電組合器之一電流值而相干地組合。
  13. 如請求項1之方法，其中該光電偵測器包括一監測器光電二極體。
  14. 如請求項1之方法，其中該移相器包括一加熱器，其加熱引導該光子積體電路中之該第一光束之一整合波導。
  15. 如請求項1之方法，其中該光子積體電路包括一Mach-Zehnder干涉儀(MZI)調變器，其包含一第一光學調變器以調變該第一光束及一第二調變器以調變該第二光束。
  16. 一種光子積體電路，其包括： 一光束分離器，其用於接收一光束及將其分離成一第一光束及一第二光束； 一對半導體光學放大器，其等用於放大該第一光束及該第二光束； 一移相器，其用於使該第一光束進行相移； 一光學組合器，其用於組合該第一光束及該第二光束以形成一經組合光束； 一光電偵測器，其用於量測該經組合光束之電流； 控制電路，其經組態以藉由調整使用該移相器對該第一光束進行之該相移而對準該第一光束及該第二光束之相位，該移相器係藉由該控制電路基於由光電偵測器自偵測該經組合光束產生之一電流而調整，該對準導致經光學相干組合光自組合該第一光束及該第二光束之該光學組合器輸出；及 一輸出波導，其用於傳播該經光學相干組合光。
  17. 如請求項16之光子積體電路，其中該光子積體電路包括一Mach-Zehnder干涉儀(MZI)調變器，其包含一第一光學調變器以調變該第一光束及一第二調變器以調變該第二光束。
  18. 如請求項16之光子積體電路，其中該控制電路經進一步組態以藉由控制該移相器以使該第一光束進行相移以最大化自該光電偵測器產生之該電流而最大化來自該光電偵測器之該電流之一位準，以增加在該光學組合器中經組合時該第一光束與該第二光束之間之光學相干。
  19. 如請求項16之光子積體電路，其中該光學組合器包括一耦合器，該耦合器包括一第一輸出埠及一第二輸出埠，其中該光電偵測器經耦合至該第一輸出埠且該第二輸出埠經耦合至該輸出波導。
  20. 如請求項16之光子積體電路，其中該第一光束或該第二光束之一或多者係自該光子積體電路中之一或多個矽波導耦合至一或多個氮化矽波導，該一或多個氮化矽波導耦合用於該半導體光學放大器及該移相器之光，該一或多個氮化矽波導經實施以傳播該經組合光。
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