TW200401125A - A back reflection insensitive electro-optical interface and a method of coupling the same to a waveguide - Google Patents

Description

200401125 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域: 本發明係關於一種通信的場，特別是一種光訊號應用 的通信’特別地是本發明是相關於連接半導體雷射光訊號 來源到光訊號傳遞導波器，例如光纖等等，之光電裝配。 先前技術 : 有許多種類的光訊號來源被利用來產生光訊號應用的 通信系統之載子訊號。一種訊號來源型態是一半導體雷 射，它具有某種優點可以在一合理價格下很容易大量製 造。有許多不同型態的上述半導體雷射訊號來源包括邊緣 放射半導體雷射、垂直空腔表面放射雷射與最近的水平空 腔表面放射雷射。 低價格的訊號來源急迫地被需要，以延伸從目前長拖 運脊柱環（haul backbone ring)部分到靠近使用者端之 區域節點之上述光應用網路，後者就是所謂的上述網路之 "地下通道M ( " m e t r 〇")部分。當大規模與昂貴的訊號來 源為長拖運脊柱環（haul backbone ring)部分作佐證 時，相同的不能對於在一"地下通道"（"m e t r 〇 ”）區域内 之所有的内網路節點。填入上述網路，帶進上述光訊號更 靠近上述使用者端，有條件的可以提供大量的低成本高品 質的訊號來源，與提供大量的需要的載子訊號來源給上述

第7頁 200401125 五、發明說明（2) 網路的"地下通道π ( 11 m e t r 〇 ")部分。迄今已經有作一些 努力提供如此的訊號來源’但是傳統的習知技術之訊號來 源存在許多的缺點’因此還無法廣泛流行的被展開。 不管如何’形成上述光訊號發射器需要耦合上述光訊 號輸出到一光導波器，例如一光纖。許多努力的投入目的 是設計出上述訊號來源或發射器可以提供一足夠的功率與 訊號品質之輸出訊號，其可以有效率地與有效地耦合到上 述光纖與適合的物件。因此，習知技術教示了不同的半導 體之設計，其主張產生了 一高斯（Gaussian)型的遠場訊 號，其可以容易地與有效率地耦合一光纖。 在一通信網路中，一光電介面可以被視為一個點，此 處上述電訊號中被轉換為一個方向中的光訊號，而上述光 訊號被轉變為其它方向的電訊號。在發展一個適當的光網 路之上述網路的"地下通道"（"m e t r ◦")部分之訊號來 源，一個主要關心的是上述訊號來源的成本。這是因為需 要隔離通信頻帶之每一個光通道，與隔離網路中的每一個 光電介面之訊號來源。如果如此的光訊號來源之一般調度 發生，一個低成本的設計因此是需要的。上述訊號來源的 成本可以區分為二個主要成分。第一個是上述光訊號來源 之實際的主要成本。第二個是封裝上述光訊號來源之封裝 成本，上述光訊號來源與其它需要的的構件一起耦合上述 訊號來源到一導波器，例如一光纖或適合的構件。

第8頁 200401125 五、發明說明（3) 光回饋是一個已知的現象，它在雷射訊號來源之功效 上有一個戲劇的效果。利用這個性質並透過一個所謂的外 空腔結構可以提昇上述光訊號輸出。例如：如果上述雷射 之縱向模態選擇是由其它方法來完成，上述外回饋可以用 來作為調整上述雷射發射頻率或一個可觀的線寬的窄化。 一個具有控制外反射或回饋之外空腔也可以被用來降低上 述訊號嚷°支聲（c h i r p )。因此，習知技術的設計已經利 用來控制回饋以提昇在某些例子中的訊號特性。通常這樣 的回饋，將導致低的嘎吱聲（c h i r p )與更窄的線，也將 導致一個更低的頻帶寬而使得上述雷射更難在高速率情形 下來調制。 如上所述，當控制光回饋時可以是有用的，而未控制 的光回饋能夠有相反的效果。未控制的光回饋，也涉及後 反射，能夠由任何介面或一光網路之散射中心引起。不利 的回饋的一般來源包括簡單的介面或一與光網路之光纖辮 子（p i g t a i 1 )連接之部分的反射表面。後反射可以沿著 一個光路徑或導波器行進，並且不需要在訊號來源最接近 之附近產生。當後反射光訊號耦合後面進入上述雷射空 腔，其在共振條件的改變導致上述雷射輸出經常的重大改 變。一進入雷射空腔的後反射也能夠被視為建立了 一個比 原來更多的模態之第二空腔。對於訊號品質不利的效果包 括輸出訊號功率的不穩定性、模態跳躍、波長位移、增加

200401125 五、發明說明（4) 的干擾與增加的光譜線寬達到幾十倍的十億赫芝 (Gigahertz )。這些不穩定性也涉及了同調崩塌，它是 當上述後反射進入上述雷射空腔時所引起，並且不利地影 響上述雷射發光現象。 為了避免上述後反射的未控制結果，一光絕緣體在所 有情況或至少應用的最小需要上是必要的。一光絕體是定 義為一種構件僅僅允許光在一個方向通過，並且典型地展 開是允許外出的光訊號通過，當制止後反射通過與進入上 述空腔而因此干擾上述的穩定性。絕緣體一般是放在上述 訊號來源與光纖或導波器之間。典型地一個鏡片是置於上 述絕緣體之前以透過上述絕緣體集中從上述光訊號來源之 光輸出，並且一第二鏡片是用來搞合此光進入上述光纖或 導波器。上述絕緣體必須以一種方式置放與裝配以.防止 不利的後反射進入上述雷射空腔，因為如此之後反射能夠 導致上述空腔特性所不要的改變與上述之訊號品質的損 失0

第10頁 200401125 發，體緣要 i'加整絕還

圖一顯 wave length 源，一雷射 述雷射晶片 絕緣體1 6之 控上述輸出 的）之功率 1 0的集中的 子(stand) 以耦合訊號 不一典型的習知技術之粗糙分波多工（c〇arse ^vision mUltiPlexing : cWDM)光訊號來 牛，體晶片1 0之形式耦接一光纖導波器1 2。上 Y是屬於邊緣放射型態，並且貼附在一隨著一 鏡f 1 4之後。圖示之一後面檢測器丨8係用來監 A號（因為上述訊號是從晶片的二個邊緣發射 。可以看到上述光纖1 2是被貼附以接收從晶片 與隔絕的輸出或载子訊號。值得注意的是，架 2 0與2 2需要被定位在上述晶片1 〇的相對位置 到上述光纖1 2。電連接器2 4也在圖示中。 圖二所示為一典型的習知技術之一高密度分波多工 (Dense wavelength division multiplexing: DWDM)，邊 緣發射訊號來源3 0耦接一光纖導波器3 2。上述一般的構造 是與圖一類似的’隨著額外的構件將確保訊號輸出波長非 常穩定。因此，一電熱冷卻器（TEC ) 34係提供來精確地 控制上述訊號來源之溫度。一後面檢測器3 6、一鏡片與絕 緣裝配3 8係被提供。在這個例子中，二個球形鏡4 2、4 4係 用來搞合輸出訊號到上述光纖4 6。可以瞭解的是這一些已

第11頁 200401125 五_、發明說明（6) 經#常小與適當的類似構件的排列，在未來甚至變成更 小’這代表了一個重大的封裝挑戰與成本。 在一個光半導體訊號來源封裝結構令時麼是需要的， 其一方面必須降低對準（a 1 i g n m e n t )的關心與封裝的價 格，另一方面需要產生一穩定的輸出以提供作為光網路中 的一訊號載子波。 發明内容： 本發明係針對一耦合半導體訊號來源到光導波器，例 如光纖，之一新穎的封裝配置。本發明以一種觀點理解一 封裝配置以降低校直（a 1 i g n m e n t )的問題，其係藉由特 別地降低上述訊號來源與光導波器或攜帶上述訊號的光纖 之間所需的光學構件的數目來達成。在本發之方法中，提 供了一個更有效率的封裝排列給一個結合一光電介面之訊 號來源。 在上述之耦合配置中所需的構件數目的減少降低了封 裝的價格，其係因為需要較少的構件（低本金）與需要較 少的步驟（低勞力）來封裝整個上述構件以達到適當的校 直（a 1 i g n m e n t )與耗合效率。如此一個增進製造的例子 在製造提供給如此的光電介面之封裝訊號來源的價格上具 有一個重大的影響。

第12頁 200401125 五、發明說明（7) 隨著上面的敘述本發明更可以理解為保持訊號品質特 性，上述特性包括避免同調崩塌（c〇he rence collapse )、模態跳躍（m o d e h o p p i n g )等等。特別地，本發明係 針對一低成本、效率與有效的解決克服一訊號來源空腔後 反射之不利的結果而不需要利用一昂貴的絕緣體。本發明 理解為提供一從訊號來源的穩定輸出，上述訊號來源是可 預料與高品質的符合網路的需求訊號來源品質，同時提供 了上述製造成本的降低。本發明理解為如果適當的或令人 滿意的利用鏡片以幫助一導波器之耦合訊號輸出。

本發明更理解為耦接一訊號來源到一導波器之方法， 該方法符合提供一低成本、耦合到一導波器之高品質訊號 產生器之目的。 因此，根據一觀點，本發明提供了 一個光電介面，該 介面包括： 一連接到一電訊號來源之一封裝基底；

一設置於該基底上之光訊號來源，該光訊號來源具有一空 腔與一連接該空腔之第二或更高階之光栅，該光訊號來源 被運作連接到該封裝基底，當該光訊號來源被供給能量時 該電訊號被轉變成表面放射光訊號；以及 一被運作而置於鄰接該光訊號來源之導波器，其中該表面 放射耦接到該導波器；

第13頁 200401125 五、發明說明（8) 該空腔被尺寸化、形狀化與定位使得提供給該空腔之一輻 射場不是一模態辨別機制，其中於該空腔中所接收之任何 後反射影響一對該輻射場之耦合係數而不會大大相反地影 響該輸出訊號品質； 其中該訊號來源之該表面放射耦接到該導波器不需要一個 介於中間的光絕緣體。 在一個觀點中，上述空腔係藉由利用一四分之一相位 (quarter-phase )位移光柵而裝配，使得上述輻射場不 是一模態辨別機制。

在本發明之另一個觀點中提供了 一耦合一光訊號來源 到一導波器之方法，該方法包括以下之步驟： 提供一具有一第二或更高階光柵與一空腔之半導體雷射， 該空腔被尺寸化、形狀化以產生電信頻帶中的訊號，該光 柵被尺寸化、形狀化以產生表面放射； 操作地定位該半導體雷射而鄰接一導波器；以及 耦接該表面放射到沒有一介於中間的光絕緣體之該導波 器0

實施方式'· 下面所述的一些詞中具有以下的意義，導波器耦合軸

第14頁 200401125 五、發明說明（9) 意謂著沿著這個軸這個訊號前進以搞合 說明書中’這也被視為一個垂直軸。震 腔内雷射震盪發生的一個轴，此處也被 然而，可以瞭解的是，上述水平與垂直 詞，並且從本發明可以理解在空間中的 置是不會影響到根據本說明書的技術之 導波器意謂著用來引導一輸出載子訊號 一光纖或其它根據導波器結構之晶片（ 這個詞意謂著一個產生雷射光震盪之結 詞意謂著一個導波器可以定位以耦合從 射之空間。操作地連接這個詞意謂著以 許上述構件之連接而達成所期望的功能 增益這個詞意謂著在一個特定的位置上 或損失的值。 到一導波器， 逢軸是一個沿 視為一 僅僅是 元件真 本發明 之任何 chip) 構。連 上述訊 一種功 。在這 光訊號 個水平 一個相 實方向 的成果 結構， 。雷射 接空間 號放射 能的方 個描述 能量的 在本 著空 轴。 對的 與位 的。 例如 空腔 這個 器放 式允 中， 增加

根據本發明，上述較佳的訊號來源是一個半導體雷 射，它可以很快地成為一整體的結構。如此一個雷射的典 型的結構提供了 一具有一底材、一主動層、圍繞上述主動 層之包覆層、外表面與藉由電壓施加穿過上述半導體結構 上之電極之半導體結構。也提供了一在一個表面上的孔洞 或窗以允許上述訊號被放射與一上述雷射内之第二或更高 階光柵。上述光柵是從具有一預定週期之交替的特性（增 益或指數）之要素中形成。本發明仔細考慮了交替的增益 之光柵要素之使用，所謂的增益耦合或損失耦合光柵包括 1 111 I ___1 _____丨 第15頁 200401125 五、f明說明（10) 了交替的指數之光柵（所謂複合的耦合光栅）與純粹的指 數耦合光柵。如下所述’具有輻射場並且是一模態辨別機 制之指數耦合光栅雷射無法藉由本發明來理解。在輻射場 中的雷射結構不是一個模態辨別機制是可以理解的，例如 一個具有四分之一相位位移之指數耦合光柵是可以藉由本 發明來理解的。其它的策略也是可以理解的，例如一個仔 細的注意到一複合的耦合光柵之功率循環（d u t y c y c 1 e )，但是可能有其它的缺點，例如需要高材料增益以達到 效率的穩定。

本發明之較佳的半導體雷射是一個具有一適合耦合到 一導波器之單一波瓣遠場輻射圖案之高功率的表面放射半 導體雷射。上述高功率大部分較佳地是伴隨著合理的效率 與訊號品質使得它可以利用在電信系統。此處一個相位位 移結構是利用它最佳的情況也幫助提供上述遠場圖案之高 斯形狀（Gaussian in shape)。其它習知技術之提昇上 述模態圖案之方法也可以藉由本發明來理解。 如圖三所示，其係根據本發明之一光訊號來源1 0 0。

上述光訊號來源較佳的是一如上所述之半導體雷射，其可 以產生一般垂直上述雷射表面或外表面之表面放射。上述 光訊號來源1 0 0包括一連接一雷射空腔1 0 4之光柵1 0 2。可 以看見的是，上述表面放射DFB雷射100之震盪情形是藉由 上述水平空腔之邊界條件而得到，並且在垂直方向之訊號

第16頁 200401125 五、發明說明（Π) 後反射108灰有震i。一第二或更高階之光柵之存在提昇 了作為一表面放射之輸出訊號的表現。如圖所示之水平空 腔’從邊緣1 1 6、1 1 8來之回饋1 〇 6之效果是與習知技術一 樣的。這個效果可以藉由除了想要的空腔之外具有一外空 腔之模型化雷射來考慮，因此從邊緣1 1 6、1 1 8來在水平方 向之回饋將具有不利的效果，它將傾向於瓦解精確載子訊 號產生所需要的上述想要的雷射震盪。

本發明可以理解耦合從上述之雷射之表面放射到一導 波器。因此，可以瞭解到上述雷射1 0 0在垂直方向或導波 器耦合方向是沒有任何震盪的。上述回饋的效果或後反射 1 0 8是沿著導波器耦合軸反射進入上述空腔，結果在邊緣 發射例子沒有相同的效果，當在上述雷射空腔1 0 4震盪時 上述後反射沿著相同的軸進入上述空腔。圖四顯示一個二 階D F B表面放射雷射1 2 0。如圖所示，上述空腔表示了二個 相反方向+ Z與-Z的同調前進導波122、124。藉由一個已知 方式的被覆層（cladding layer)，這些波122、124將被 大大地限制在上述雷射空腔之内，並且將與其它二階繞射 產生交互作用。由於上述相反方向前進導波122、124與光 柵的交互作用，一個表面放射輻射場r從上述雷射的上面 123與下面125產生，如圖所示。 圖五顯示了上述二階光柵與如所述之雷射空腔内之震 盪之間之基本交互作用機制。如圖所示，上述正與反前進

第17頁 200401125 I、發明說明（12) 導波124透過在126、128之一階繞射與上述光柵交互 作用而依次產生一輻射場r。上述輻射場r透過一階繞射與 正與反前進導波依次在130、132產生作用。最後，透過二 階繞射’上述正與反前進導波直接互相耦合1 2 9、1 3 0。在 共振上，所有這些交互作用是首尾一致與穩定的。

如前所述，在本發明之垂直或導波器耦合軸方向是沒 有震盪的。上述二階光柵透過上述輻射耦合係數引進了一 個上述導波之間的額外之耦合機制。在第六圖中，上述正 與反前進導波122、124透過圖示的2與-2之耦合係數直接 耦合。所有這些正與反前進導波係透過標示的輻射_合係 數（1，1 ) ( - 1，- 1 ) ( - 1，1 )與（1，- 1 )直接耦合。該注 意的是，上述這一些標示1與2之命名是分別指謂第一與第 二階繞射，而上述輻射耦合係數包含一對一階繞射，這是 因為上述耦合是藉由一階前進波到輕射場與一輻射場之一 階耦合到一前進波來達成。因此，第六圖模型化了具有 後反射之上述二階共振光栅。

從前述的模型可以瞭解，上述由於輻射場的耦合係數 可以藉由上述垂直方向的邊界條件、導波器耦合方向與非 空腔内的震盪方向來得到。因此，任何空腔内的後反射僅 僅影響輻射耦合係數。這將於底下詳細地討論。 在上述空腔二邊垂直方向之具有反射器之二階DFB雷

第18頁 200401125 %' f(13) 的品質11慮=決定上述空腔内後反射效果在訊號輸出上 有吸i結果最後’一個具有深刻見解的情形是考慮一具 如圈七遺界條件在垂直方向之二階雷射之二維模型， 1 2 2 3 所7F °在這個結構中’一個高度地限制在+ z前進波 (χ) 由透過一階繞射函數A (z) e (-j (27Γ/Λ ) z) F 一限制與週期為Λ的光柵之交互作用來定義’並且產生了 )2又）在χ方向的同調-Ζ前進波124 B ( z ) e ( j ( 2 7Γ /Λ 向刮F ( x )。上述F ( X )是一個在χ方向的導波模型之橫 面圖。根據對稱性，—z方向的行進波也與光柵交互作 作用θ與+z方向的行進波作用。上述引導模態之間的交互 場r也由耦合係數k來描述。除了上述導波之外，一輻射 ® _ 是由上述導波與光柵透過一階繞射之交互作用之結 場可生。將上述導波視為輻射場來源來處理，上述輻射 到，X藉由格林函數（Green’s function)從導波中得 e2G’f其滿足以下之方程式（1 ): ri、X，x’）/ ex2 + n2 (X) k02 G (x，x，）= 5 (x-x，） 此 π Γ \ 器之去 ）是一沒有光桃存在或任何增益與損失時之導波 數。，動$何之折射率，而k 0是發出雷射光波長之波 , 上迹沿者X袖之邊界倏株θ jGreen,s function)的關鍵尺侍到上述格林函數 Ϊ函數CGreen，S iunctl〇n，如圖七之結構，上述格 刀方矛呈式的解· 疋齊次的（homogenous )微 ex2 + n2 ( X ) k〇2 e2G(x，x，’ . X，X，）=0 ( 2 )

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200401125 l、f明說明（14) - 因為x軸方向沒有邊界條件，所以方程、

與1方向的行進波，並且僅有在邊界式（2 )的解具有+X 上述輻射場依序與光栅產生作用並且及'件X’被應用。 上。因為，上述輻射場起初是由上述 f在上述引導波之 作用可以藉由這二個導引模態kr之間態產生，這個 來描述。在共振二階光柵k與kr是描述~額外的耦合係數 模態的關鍵參數。更精確的說，上述DFfi = DFB雷射之縱向 是藉由以下的柄合微分方程式來決^1>:1^雷射之縱向模態 dA/dz= ( a - j δ +k* ) A - j (k+jk' ) β (卩） dB/dz= j (k+jk’）A - (a-j(5+k’）B (4) 在處理二階光栅D F B雷射時’應該注意的是垂直方向的一 個反射波的存在僅僅影響了上述輻射場的耦合係數。更特 別地疋，圖八之一階D F β雷射伴隨二個反射器丨4 〇、1 4 2在 垂直方向的兩邊，上述格林函數（Green’s functi〇n)是 具有邊界條件之齊次的（homogenous)微分方程式（2) 的解’如圖九所示。事實上，不像圖七那個例子，在 xl<x<x2的解是駐波型態，而在χ<χι與Χ>Χ2的解是前進 波。不用說’上述新的邊界條件改變了上述輻射場的耦合 係數與縱向模塑之一參數。對於沒有任何相位位移的具有 一指數光栅之二階DFB雷射，對於上述輻射場之耦合係數 是負責模態選擇之關鍵參數，使得如此—個結構對後反射 敏感並需要^一個絕緣體。 因此，任何反射可能會影響上述雷射模態或上述邊緣

第20頁 200401125 $、！！明說明（i5) 模態抑制率。例如··如果有二個完美的鏡子置放於x = x丨與 X = X 2處’所有的輻射場將回饋進入上述空腔，將沒有負責 上述模態選擇之輻射會損失。因此，上述雷射起了 一個指 數耦合的作用’並且一個模態跳躍將發生。該注意的是， 這個現象發生不管耦合到上述輻射場示弱的事實。另外一 方面’對於一個相位位移二階雷射，輻射場不是一模態辨 別機制。甚至所有的輻射場是回饋進入上述空腔上述雷射 起了一個純粹的具有相位位移之指數耦合的作用，並且它 將在布拉格（Bragg )波長沒有任何模態跳躍而發出雷射 光。

藉由上面的描述可以瞭解到，藉由控制上述空腔的尺 寸、形狀與結構，一個大大地對於後反射不敏感的雷射訊 號來源可以被提供。上述的不敏感是由於上述後反射僅僅 影響由於輻射場的耦合係數，而不是上述雷射震盪的任何 基本模態。因此，提供一輻射場不是模態辨別機制的雷射 空腔將得到一不敏感的情況。在這個意義下，上述雷射空 腔結構隔離了從空腔震盪來的後反射，使得上述訊號發射 器之效果大大地對後反射不敏感，其不需要任何特定的絕 緣結構插入在上述訊號來源與相關導波器之間的上述訊號 路徑。

本發明可以理解所有形式的半導體雷射，其證實了如 此後反射不敏感，其包括增益與損失耦合光柵結構與那些

第21頁 200401125 五、發明說明（16) 相位位移等等。再者’雖然沒有上述不敏感的決定事物， 本發明能理解高度限制的震盪軸與上述空腔内之導波是不 同的’並且最佳的情形是與上述導波器耦合軸正交。在這 個意義中’不敏感意謂著上述訊號品質（特別包括波長、 功率與邊緣模態抑制率）到達一個高的程度而不會受到隨 機的空腔内之後反射之存在與否的影響。在這個意義中， 上述不敏感的這個詞意謂著相對的與一個非常高的後反射 (即大於5 0 % )在某些例子中仍然導致某些訊號品質參數 之可觀的改變，但上述雷射將保持操作參數之内。

目前可以進一步理解，本發明理解了一個光電介面， 其中一光發射器可以藉由一個操作地定位鄰近訊號發射器 之上述導波器直接耦接一個光纖導波器，結果允許上述訊 號發射耦接上述導波器。隨著一適當大小、形狀與配置之 空腔，上述導波器之耦合不需要任何介於中間的絕緣體並 且更沒有任何由於後反射之不佳的訊號品質的損失就可以 被完成。因此，本發明係直接針對一個無絕緣體之光電連 接。不需要一絕緣體使得成本與勞力降地了 ，也使得本發 明更適合市場。

圖十顯示了本發明之一粗糙的分波多工（Coarse wavelength division multiplexing : CWDM)光電裝配。 有一具有電連接器2 0 2之同軸電纜基底2 0 0。然後，有一雷 射晶片2 0 8操作性地連接在其上之一底材2 0 6。一連接空腔

200401125 ___________ 月（π) —〜 藉由一罩壁（boot wall) 212 而 f』、 --- 月^二〇光_纖2 1 6 ’並且其大小與形狀適合進-光纖配件2 1 4 ^機竹、查^罩子（b〇〇t) 218完成上述光入上述連接空 連接。圖示之一光學棒鏡U9#^織配件與光纖本身 〇上述讯號輸出到上述光纖2 1 6。、琢形鏡2 2 0幫助耦 到的 的需 直接 多個 靠上 上述 並且 接近 術更 的可能達 絕緣體1 β 表面放射 片2 2 0或 光纖，依 地輕合到 單的插塞 纖可以更 比習知技 從上述之敘述可以瞭解本發 更便宜的訊號來源之封裝。相ί & I比習知 要已經被排除了 ，在一較佳二s平·地，一 提供到上述光纖之内。本發明】二T，上述 晶片的使用’如果需要幫助耦人 —個鏡 述訊號輸出形式，並且它的合 $訊號到

扮演了一個光電XI t明理解一個簡 w尤电）丨面的場連接， J 地安置到上述訊號來源，並且因此气=光 容易與可靠地在那裡耦合。 讯唬可以 圖十一顯示了一個根據本發明之高密 (Dense wavelength divisi〇n mUtiplex^刀 ^ 夕工 接。在這個實施例中，封襄基底25。例 二:WDM)連 (Pin)蝴蝶型態基底。本發明也理解其ΐ型^引線 重要的是上述基底25“ ： = : = 的-個例子。 上述光電介面’依此種方作/^\式地連接上述電訊號+到主 里方式以允許上述電訊號透過上述半

第23頁 200401125 毛、發明說明（18) 導鐘雷晶片252轉變為光訊號。 連接到上述封裝基底2 5 0是一電熱冷卻器（τ E C ) 2 5 1 ’其可以吸收與處理外來的熱能，這可能會影響上述 輸出訊號波長或訊號品質。一熱槽2 5 4貼附在上述電熱冷 卻器（TEC ) 2 5 1之上，並且一底材2 5 5貼附在雷射晶片2 5 2 與上述熱槽254之間。上述圖示之雷射晶片252是作為一前 面所述之一表面放射器。上述底材運作性地連接帶進來電 訊號之上述雷射晶片，依一種已知的方式，這可以藉由習 知技術來了解。鄰接上述雷射晶片2 5 2的是一光纖晶片 2 6 0，該型態可以容納一具有一金屬化光纖配件2 6 2在其所 在之光纖。如圖所示之光纖264透過一防護罩266延伸進入 一連接空腔2 6 8。一可移動蓋子2 7 0提供來關閉上述空腔 26 8 ° 如圖十之實施例，本實施例不需要一個介於上述訊號 發射器或晶片2 5 2與上述光纖2 6 4端點中間的構件。所有需 要的是上述光纖鄰接上述晶片，允許上述表面放射耦合上 述光纖。這就是意指操作性地定位上述光纖鄰接上述訊號 放射器。再者，本發明也理解一鏡片或如果需要的鏡片之 利用，其可能會增加製造良率所需的一個微不足道的成 本。 目前可以理解的是，本發明也提供一瞭解耦合一光訊

200401125 五、發明、說明（19), 5虎來源到一導波器之方法’該方法包括一些分離的步驟。 第一個步驟是提供一具有一第二或更高階光柵與一空腔之 半導體雷射，上述空腔被尺寸化、形狀化以產生電信頻帶 中的訊號。依次，上述光柵是到一某種程度以降低表面放 射。上述光栅也被設計使得上述輻射場不是一模態辨別機 制。接下來的步驊是操作地定位上述半導體雷射而鄰接一 導波器。然後，最後一個步驟是耦接上述雷射之表面放射 到沒有任何介於中間的光絕緣體之上述導波器。 對熟悉本發明之領域技藝者，本發明雖已一較佳實例 闡明如上，然其並非用以限定本發明精神。在不脫離本發 明之精神與範圍内所作之修改與類似的安排，均應包含在 下述之申請專利範圍内，這樣的範圍應該與覆蓋在所有修 改與類似結構的最寬廣的詮釋一致。因此，闡明如上的本 發明一較佳實例，可用來鑑別不脫離本發明之精神與範圍 内所作之各種改變。例如：重要的是上述空腔的結構，藉 由上述空腔之被尺寸化、形狀化與定位使得提供給該空腔 之一輻射場不是一模態辨別機制，所以，進入上述空腔之 後反射不會導致同調崩塌。上述空腔可以是指數耦合、一 相位位移、增益耦合、如預期的損失耦合，提供了輻射場 不是一模態辨別機制。 圖示符號對照表:

第25頁 200401125 五、發明說明（20) 雷射晶片1 0、2 0 8、2 5 2 光纖導波器1 2、3 2 鏡片14 絕緣體1 6 檢測器1 8、3 6 架子(stand) 20、 22 電連接器2 4 訊號來源3 0、1 0 0 電熱冷卻器（TEC ) 34、251 絕緣裝配3 8 球形鏡42、44、220 光纖 46、2 1 6、264 光糖1 0 2 空腔 1 0 4、2 1 0、2 6 8 回饋1 0 6 後反射1 0 8 邊緣 1 1 6、1 1 8 表面放射雷射1 2 0 前進導波1 2 2、1 2 4 位置 1 2 6、1 2 8、1 2 9、1 3 0、1 3 2 上面1 2 3 下面1 25 垂直方向的兩邊140、142 同軸電纜基底2 0 0

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200401125 圖式簡單說明 本發明之較佳實施例將於下述說明中輔以下列圖形做 更詳細的闡述： 圖一所示為一典型的習知技術之一 c W D Μ光電耦合之連接。 圖二所示為一典型的習知技術之一 D W D Μ光電耦合之連接。 圖三所示為一具有後反射之表面放射雷射訊號來源之側面 圖。 圖四所示為根據本發明之二階DFB雷射訊號來源之側面 圖。 圖五所示為圖四之雷射之交互作用之基本機制之表示圖。 圖六所示為根據本發明之二階共振光柵之模型。 圖七所示為具有在垂直方向的吸收邊界條件之二階DFΒ雷 射訊號來源之表示。 圖八所示為圖七之具有垂直方向之反射器之表示。 圖九所示為圖八之二階雷射訊號來源之格林函數之模型。

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Claims (1)

1. 200401125 六、申請專利範圍 1. 一種光電介面，該介面包括： 一封裝基底’該封裝基底具有一連接結構以用來連接到一 電訊號之一來源； 一設置於該基底上之半導體光訊號來源，該半導體光訊號 來源具有一空腔與一連接該空腔之第二或更高階之光柵， 該光訊號來源被運作連接到該封裝基底，當該光訊號來源 被供給能量時該電訊號被轉變成表面放射光訊號；以及 一被運作而置於鄰接該光訊號來源之導波器，其中該表面 放射耦接到該導波器；

   該空腔被尺寸化、形狀化與定位使得提供給該空腔之一輻 射場不是一模態辨別機制，其中於該空腔中所接收之任何 後反射影響一對該輻射場之耦合係數而不會大大相反地影 響該輸出訊號品質。 2. 如專利申請範圍第1項之光電介面，其中該光訊號來源 是一增益耦合訊號來源。 3. 如專利申請範圍第2項之光電介面，其中該空腔包括在 一主動層中之該光柵。

   4. 如專利申請範圍第1項之光電介面，其中該光訊號來源 是一損失耦合光訊號來源。 5. 如專利申請範圍第4項之光電介面，其中該空腔包括在

   第30頁 200401125 六、申請專利範圍 一電流阻礙層（current blocking layer)中之該光柵。 6. 如專利申請範圍第1項之光電介面，其中該空腔包括一 具有一相位位移足以隔絕從該輸出訊號後反射之指數 (index)耦合光柵。 7. 如專利申請範圍第1項之光電介面，其中該空腔被尺寸 化、形狀化以大大地限制與引導二個方向相反的波，該二 個方向相反的波在一非沿著一耦接到該導波器之轴之方向 震盪。 8. 如專利申請範圍第1項之光電介面，其中該空腔被尺寸 化、形狀化以大大地限制與引導二個方向相反的前進波， 該二個方向相反的前進波一般是在對於耦接到該導波器之 軸是直角之方向震盪。 9. 如專利申請範圍第1項之光電介面，其中該空腔被尺寸 化、形狀化與定位使得表面放射訊號品質是合意地受到該 雷射空腔内之後反射之存在而影響。 1 0.如專利申請範圍第1項之光電介面，其中該空腔被尺寸 化、形狀化與定位使得一光絕緣體不需要維持合意的表面 放射品質。

   第31頁 200401125 六、申請專利範圍 1 1..如專利申請範圍第1、2或4項之光電介面，更包括一個 或多個置於該訊號來源與該導波器之間之鏡片以幫助其間 之光稱合。 1 2. —種耦合一光訊號來源到一導波器之方法，該方法包 括以下之步驟： 提供一具有一第二或更高階光柵與一空腔之半導體雷射， 該空腔被尺寸化、形狀化以產生電信頻帶中的訊號，該光 柵被尺寸化、形狀化以產生表面放射；

   操作地定位該半導體雷射而鄰接一導波器；以及耦接該表 面放射到沒有一介於中間的光絕緣體之該導波器。 1 3.如專利申請範圍第1 2項之耦合一光訊號來源到一導波 器之方法，其中該耦合步驟更包括定位一個或多個鏡片以 加強耦合效率。 1 4. 一種耗合到一導波器之封裝光訊號來源，該封裝光訊 號來源包括：

   一用來放射一預定品質訊號之表面放射半導體光訊號來 源，該訊號來源具有一第二或更高階之光柵與一空腔，並 且該訊號來源之特徵在於進入該空腔之後反射合意地相反 地改變該放射訊號之品質。 1 5. —種連接一導波器之光訊號來源，該光訊號來源包

   第32頁 200401125 六、申請專利範圍 括： 一具有一包含一主動層之空腔之表面放射半導體雷射； 一結合該半導體之第二或更高階之繞射光柵，當該雷射被 供給能量時可以產生電信頻帶中之預定的表面放射；以及 該空腔與該繞射光栅被尺寸化、形狀化與安置，在結合 中’於進入該空腔中之後反射之前產生該預定表面放射。 16. —種光電|禺合器，包括： 一基底； 一設置於該基底上之底材； 一設置於該底材上之半導體雷射訊號來源，該半導體訊號 來源包括一具有一第二階光柵之表面放射半導體雷射，該 第二階光柵具有一方向與該表面放射垂直之雷射空腔； 一在一連接空間定位一導波器之定位器，以支撐與該半導 體雷射有一運作關係之該導波器；以及一插入該連接空間 並且被運作而由該定位器定位之鄰接該訊號來源之光纖導 波器，其中來自該訊號來源之訊號耦接一訊號絕緣體之前 之該光纖導波器。 1 7.如專利申請範圍第1 6項之光電耦合器，更包括一個或 多個鏡片以提昇該訊號與該導波器之耦合。 1 8.如專利申請範圍第1 7項之光電耦合器，其中該鏡片包 括一簡單的棒與一簡單的球形鏡。

   200401125 六、申請專利範圍 1 9.如專利申請範圍第1 7項之光電耦合器，其中該定位器 包括一定義一圍繞該雷射訊號來源之連接空間的牆。 2 0 ·如專利申請範圍第1 9項之光電耦合器，其中該定位器 包括一留住在一相對於該雷射訊號來源之一運作位置之該 光纖之夾子。 2 1. —種用來耦合一通信網路中所用之一導波器之光訊號 來源，該光訊號來源包括： 一具有一空腔之第二或更高階之DFB半導體雷射，該空腔 在被供給能量時產生一預定品質之表面放射訊號； 當被供給能量時該空腔具有一不是一用來發出雷射光之模 態辨別機制之輻射場，其中該雷射之該空腔對於在該空腔 内反射之光學訊號充分地不敏感以避免一光學絕緣體的需 要而維持該表面放射光訊號之品質。

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