[发明专利]混合垂直腔激光器

权利要求书

1.使用硅平台中的底部光栅镜在硅平台上混合垂直腔激光器(VCL)结构的方法，该方法包括：

提供分层结构，该分层结构包括由III-V材料形成的活性区和不作为输出耦合镜使用并且具有大于99.5％的反射率的高度反射性顶部镜；

在被具有较低折射率的层支持的硅层中形成光栅区，该光栅区包含由硅层部分形成的一维(1D)或二维(2D)周期性折射率光栅以及在该硅层中形成的并且具有比该硅层的折射率低的折射率的区域；

在硅层中形成波导，所述波导被设置为促进来自光栅区的光横向输出耦合于该波导；并且

在光栅区上布置所述分层结构，包括在该分层结构与该光栅区之间提供折射率比该硅层的折射率低的层，从而周期性折射率光栅构成底部光栅镜，以在顶部镜和光栅区之间形成VCL腔。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括引发VCL腔中的激射和将来自VCL腔的光耦合于光栅区的横模。

3.根据权利要求2所述的方法，其中硅层中所形成的波导包含光栅波导(GWG)，该方法还包括将来自光栅区的横模的光耦合于GWG的导模。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中硅层中所形成的波导包含在光栅区外部形成的集成平面折射率对比波导(ICWG)，该方法还包括将来自光栅区的光耦合于ICWG的导模。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中通过控制所述分层结构与所述光栅区之间的较低折射率层的厚度来控制VCL腔的有效腔长度d_eff以及激射波长λ。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中将VCL的光学增益区的位置限定在光栅区上的分层结构之后。

7.混合垂直腔激光器(VCL)结构，包括：

-分层结构，该分层结构包括由III-V族材料形成的活性区和不作为输出耦合镜使用并且具有大于99.5％的反射率的高度反射性顶部镜；和

-在被具有较低折射率的层支持的硅层中形成的光栅区，该光栅区包含由硅层部分形成的1D或2D周期性折射率光栅以及在该硅层中形成的并且具有比该硅层的折射率低的折射率的区域；

-在该硅层的光栅区的顶部提供的、具有比该硅层的折射率低的折射率的层；

其中分层结构布置在光栅区上，从而周期性折射率光栅构成了底部光栅镜，以在顶部镜与光栅区之间形成VCL腔，该底部光栅镜也促进在VCL腔的模中的光耦合于光栅区的面内模，和

-在该硅层中形成波导，所述波导被设置为促进来自光栅区的光耦合于该波导。

8.根据权利要求7所述的混合VCL结构，其中在分层结构与光栅区之间的较低折射率层是在分层结构上形成的氧化物层。

9.根据权利要求7所述的混合VCL结构，其中在分层结构与光栅区之间的较低折射率层包含空气，并且其中当分层结构布置在光栅区之上时，分层结构包含一个或多个台面以形成空气隙。

10.根据权利要求7-9任一项所述的混合VCL结构，其中硅层中所形成的波导包含在该硅层内形成的光栅波导(GWG)，该GWG被布置为促进来自光栅区的光耦合于GWG。

11.根据权利要求10所述的混合VCL结构，其中设计GWG的几何形状，以使得GWG的模的模色散相似于或绝热地变换成周期性折射率光栅模的模色散。

12.根据权利要求7-11任一项所述的混合VCL结构，其中硅层中所形成的波导包含在光栅区外部的硅层中形成并被布置以促进来自光栅区的光耦合于ICWG的集成平面折射率对比波导(ICWG)。

13.带有横向取向的波导的硅基光栅镜，包括：

-被具有较低折射率的层支持的硅层；

-光栅区，包含由硅层部分所形成的1D或2D周期性折射率光栅以及在该硅层中形成的并具有比该硅层的折射率低的折射率的区域；

-至少部分光栅区，用于形成光栅镜，来正常反射入射光并且使入射光正常耦合于光栅区的面内模；和

-在硅层中形成的波导，所述波导被设置为促进来自光栅区面内模的光耦合于该波导。

14.分层结构和用于接受该分层结构的硅层：

-该分层结构包括由III-V族材料形成的活性区和不作为输出耦合镜使用并且具有大于99.5％的反射率的高度反射性顶部镜；

-该硅层被具有较低折射率的层支持，并且包含：

о光栅区，包含由硅层部分形成的1D或2D周期性折射率光栅以及在该硅层中形成的并且具有比该硅层的折射率低的折射率的区域；和

о在硅层中形成的波导，所述波导被设置为促进来自光栅区的光耦合于该波导；

其中分层结构或光栅区至少之一包含或涉及这样的构造，即当分层结构设置在光栅区之上时，所述构造将在该光栅区上方提供折射率比该硅层的折射率低的层。