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DE4113354A1 - Optisch gepumpter wellenleiter - Google Patents

Optisch gepumpter wellenleiter

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Publication number
DE4113354A1
DE4113354A1 DE19914113354 DE4113354A DE4113354A1 DE 4113354 A1 DE4113354 A1 DE 4113354A1 DE 19914113354 DE19914113354 DE 19914113354 DE 4113354 A DE4113354 A DE 4113354A DE 4113354 A1 DE4113354 A1 DE 4113354A1
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DE
Germany
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waveguide
waveguide according
light
resonator
radiation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19914113354
Other languages
English (en)
Inventor
Karl-Ulrich Dr Stein
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Priority to PCT/DE1992/000280 priority patent/WO1992020124A1/de
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optisch gepumpten Wellenleiter auf einem Halbleiterbauelement, insbesondere aus Silizium.
Für eine Reihe von Anwendungen aus der optischen Nachrichten­ technik, der optischen Signalleitungen zwischen Chips (z. B. in Rechnerarchitekturen) und im Bereich des Optical Computing werden optische integrierte Schaltungen auf Silizium mit in Wellenleiter integrierten optischen Verstärkern bzw. in Wellenleiter integrierten optischen Emittern benötigt. Der­ artige optische Verstärker bzw. Emitter lassen sich derzeit nur in Verbindungshalbleitern aufbauen. Die aufgelisteten An­ wendungen von optisch integrierten Schaltungen können daher nicht in monolithischer, sondern nur in einer hybriden Kombination zwischen Silizium und Verbindungshalbleitern her­ gestellt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wellenleiter in Planartechnik anzugeben, der als optischer Verstärker betrieben werden kann und in ein Bauelement aus Silizium monolithisch integriert werden kann.
Diese Aufgabe wird mit dem Wellenleiter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird der Wellenleiter z. B. auf einem Substrat in Planartechnik angeordnet und mit einem für die Anregung von Strahlung entsprechend einer Funktion als Laser geeigneten Dotierstoff, wie z. B. Erbium3+ oder Neodym, dotiert. Vorzugs­ weise besteht der Wellenleiter auf Silizium dabei aus Glas in einer SiO2/Si3N4-Zusammensetzung. Wenn dieser erfindungsgemäße Wellenleiter mit Licht einer passenden Wellenlänge gepumpt wird, so wird in ihm wie bei einem Faserlaser Laserstrahlung angeregt.
Es folgt eine Beschreibung des erfindungsgemäßen Wellenleiters anhand der Fig. 1 bis 4.
Fig. 1 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein mit einem er­ findungsgemäßen Wellenleiter versehenes optoelektronisches integriertes Bauelement.
Fig. 2 und 3 zeigen erfindungsgemäße Wellenleiter mit einem für die Ankopplung von Strahlung vorgesehenen weiteren Wellenleiter.
Fig. 4 und 5 zeigen vorteilhafte Anordnungen des erfindungsge­ mäßen Wellenleiters mit einem Wellenleiter zum Ein­ koppeln von Strahlung.
In Fig. 1 ist ein optoelektronisches integriertes Bauelement (OEIC) auf einem Substrat 2 dargestellt. Der darauf aufgebaute Wellenleiter 1 kann durch eine externe Lichtquelle 3 gepumpt werden. Diese externe Lichtquelle 3 kann z. B. ein Halbleiter­ laser sein. Alternativ kann das Licht über eine Faser 4 zuge­ führt werden. Eine weitere Faser 5 dient dem optischen Anschluß des Wellenleiters. Aus der Faser 4, die das Licht zum Anregen von Laserstrahlung in dem Wellenleiter (optisches Pumpen) zu­ führt, wird dieses Licht durch einen Koppler 8 (s. Fig. 2) in einen für die Anregung von Laserstrahlung vorgesehenen Be­ reich 7 des Wellenleiters eingekoppelt. In Fig. 2 sind der Wellenleiter 1 mit dem dotierten Bereich 7 und dem Koppler 8 zum Einkoppeln der die Laserstrahlung anregenden Strahlung dargestellt. In Fig. 3 sind zusätzlich Reflektoren 6, die in diesem dotierten Bereich 7 für Resonanzbedingung sorgen, einge­ zeichnet.
Dieser erfindungsgemäße Wellenleiter kann als Verstärker in einem passiven Wellenleiter verwendet werden. In einer ge­ eigneten Resonatoranordnung (Fabry-Perot, DFB oder DBR) wirkt er als Laseroszillator. Dieser Laseroszillator kann über die Pumpleistung in seiner Amplitude moduliert werden. Auf dem Bauelement kann ein Modulator für diesen Laser vorgesehen sein.
Der erfindungsgemäße Wellenleiter kann für die Verwendung als optischer Verstärker eine Länge von etwa einem Meter haben und wird daher gegebenenfalls wie in Fig. 4 gezeigt als Spirale oder Doppelspirale angeordnet oder wie in Fig. 5 mäanderförmig ge­ führt. In den Fig. 4 und 5 sind jeweils ein weiterer Wellenleiter 8, der für die Einstrahlung des Lichtes passender Wellenlänge zum Anregen der Laserstrahlung vorgesehen ist (Pumpwellenleiter), und ein Gitter 9 als Resonatoranordnung eingezeichnet. Der weitere Wellenleiter 8 kann wie durch die gestrichelte Linie in den Fig. 4 und 5 dargestellt in der Ebene des Wellenleiters 1 verlaufen oder durch einen über dem Wellenleiter 1 oder unter dem Wellenleiter 1 angeordneten Schichtwellenleiter gebildet werden. Die Einkopplung des Lichtes kann mittels Leckwellenkopplung erfolgen.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß sie in einer Schaltung mit integrierter Optik auf Silizium (Si-OEIC) mit weiteren optischen Funktionselementen wie Filtern, Kopplern, Leitungen vielfach kombiniert werden kann. Zusätzlich ist sie auf Silizium kombinierbar mit opto­ elektronischen Funktionselementen wie Detektoren und Modulatoren. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wellenleiters besteht darin, daß eine einfache, thermisch ge­ trennte Lichtquelle zum Pumpen des Lasers, z. B. in Form eines Halbleiterlasers, gegebenenfalls auch für mehrere Verstärker gemeinsam auf einem Chip oder mehreren Chips verwendet werden kann. Diese Lichtquelle kann über eine Faser an den Chip an­ geschlossen werden. Dieser Vorteil erlaubt eine besondere Freiheit in der Gestaltung der verschiedenen auf einem Chip integrierten Funktionselemente.

Claims (17)

1. Wellenleiter (1) in Planartechnik mit einer derartigen Dotierung, daß in dem Wellenleiter eine Laser-Funktion eintritt, wenn Licht einer angepaßten Wellenlänge eingekoppelt wird (optisches Pumpen).
2. Wellenleiter nach Anspruch 1 auf einem Substrat aus Silizium.
3. Wellenleiter nach Anspruch 1 oder 2 aus Silizium.
4. Wellenleiter nach Anspruch 1 oder 2 aus SiO2/Si3N4.
5. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Resonatoranordnung.
6. Wellenleiter nach Anspruch 5, bei dem die Resonatoranordnung ein Fabry-Perot-Resonator ist.
7. Wellenleiter nach Anspruch 5, bei dem die Resonatoranordnung ein DFB-Resonator ist.
8. Wellenleiter nach Anspruch 5, bei dem die Resonatoranordnung ein DBR-Resonator ist.
9. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der spiralförmig angeordnet ist.
10. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der mäanderförmig angeordnet ist.
11. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Licht zum Anregen von Strahlung über eine Faser zugeführt wird.
12. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 2 bis 11 in Verbindung mit Anspruch 2, bei dem das Licht zum Anregen von Strahlung über einen eben­ falls in Planartechnik ausgeführten Koppler (8) aus einem weiteren Wellenleiter zugeführt wird.
13. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Licht zum Anregen von Strahlung aus einem an den Wellenleiter angekoppelten und in derselben Ebene wie dieser angeordneten weiteren Wellenleiter (8) ausgekoppelt wird.
14. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Licht zum Anregen von Laserstrahlung aus einem über oder unter dem Wellenleiter angeordneten und an diesen angekoppelten Schichtwellenleiter ausgekoppelt wird.
15. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Bestandteil einer optoelektronischen integrierten Schaltung (OEIC).
16. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit Erbium als Dotierstoff.
17. Wellenleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit Neodym als Dotierstoff.
DE19914113354 1991-04-24 1991-04-24 Optisch gepumpter wellenleiter Withdrawn DE4113354A1 (de)

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