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CN110268588B - 具有光学插入器的表面耦合激光器 - Google Patents

具有光学插入器的表面耦合激光器 Download PDF

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CN110268588B CN201780085773.6A CN201780085773A CN110268588B CN 110268588 B CN110268588 B CN 110268588B CN 201780085773 A CN201780085773 A CN 201780085773A CN 110268588 B CN110268588 B CN 110268588B
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Abstract

示例性系统包括光栅耦合激光器、激光光学插入器(LOI)、光学隔离器和光重定向器。光栅耦合激光器包括激光腔和光学耦合到激光腔的发射光栅。发射光栅被配置为将激光腔发射的光衍射出光栅耦合激光器。LOI包括具有输入端和输出端的LOI波导。光学隔离器位于表面耦合边缘发射激光器和LOI之间。光重定向器定位为在光通过光学隔离器之后将光重定向到LOI的LOI波导中。

Description

具有光学插入器的表面耦合激光器
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2016年12月6日提交的美国临时申请No.62/430,797的权益和优先权，上述申请通过引用的方式结合于此。
技术领域
本文讨论的实施例涉及表面耦合系统，其包括表面耦合激光器和激光光学插入器(LOI)。
背景技术
除非本文另有说明，否则本文所述的材料不是本申请权利要求的现有技术，并且不因包含在本部分中而承认是现有技术。
将来自单模边缘发射激光器的光耦合到硅(Si)光子器件较昂贵，因为它通常需要两个透镜和大的隔离器块。在包括这种激光器和Si光子器件的系统中，对准公差可小于0.5微米(μm)。这种低对准公差通常需要满足有源对准。
本文要求保护的主题不限于解决诸如上述的任何缺点或仅在诸如上述的环境中操作的实施方式。而是，提供该背景仅用于例示可以实践本文描述的一些实施方式的一个示例性技术领域。
发明内容
提供本发明内容以便以简化的形式介绍一组概念，这组概念将在以下的具体实施方式中做进一步描述。本发明内容并非旨在标识所保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
本文描述的一些实施例总体上涉及包括表面耦合激光器和LOI的表面耦合系统。
在示例性实施例中，一种系统包括光栅耦合激光器、LOI、光学隔离器和光重定向器。光栅耦合激光器包括激光腔和光学耦合到激光腔的发射光栅。发射光栅被配置为将激光腔发射的光衍射出光栅耦合激光器。LOI包括具有输入端和输出端的LOI波导。光学隔离器位于表面耦合边缘发射激光器和LOI之间。光重定向器定位为在光通过光学隔离器之后将光重定向到LOI的LOI波导中。
在另一示例实施例中，一种方法包括从光栅耦合激光器的有源部分发射光。该方法还包括在光栅耦合激光器的发射光栅处将光衍射出光栅耦合激光器。该方法还包括使光通过位于光的光路中的光学隔离器。该方法还包括将光重定向以在水平方向上传播到LOI的LOI波导中。该方法还包括接收水平传播到LOI波导中的光。
本发明的附加特征和优点将在下面的说明中阐述，并且部分地将依据说明而显而易见，或者可以通过本发明的实践来学习。借助于所附权利要求中特别指出的器具和组合，可以实现和获得本发明的特征和优点。依据以下说明和所附权利要求，本发明的这些和其它特征将变得更加明显，或者可以通过如下所述的实践本发明来获知。
附图说明
为了进一步阐明本发明的上述和其他优点和特征，将通过参考在附图中示出的本发明的特定实施例来呈现本发明的更具体的描述。应理解，这些附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应视为限制其范围。通过使用附图，借助附加特征和细节来描述和解释本发明，附图中：
图1示出了示例性表面耦合系统；
图2A和2B示出了可以在表面耦合系统中实现的示例性表面耦合边缘发射激光器；
图2C示出了可以在表面耦合系统中实现的另一示例性表面耦合边缘发射激光器；
图3示出了包括LOI的另一示例性表面耦合系统；
图4示出了图3的LOI的输入界面的界面角θ的推导；
图5示出了示例性LOI的俯视图和横截面图；
图6示出了具有两个垂直分离且平行的波导芯的示例性LOI的横截面图；
图7示出了另一示例性表面耦合系统；
图8示出了另一示例性LOI的俯视图和横截面图；
图9是另一示例性LOI的横截面图；
图10示出了图9的LOI的模拟输入光学模式；
图11A包括另一示例性LOI的横截面图；
图11B包括图11A的LOI的第一和第二波导芯的俯视图；
图12示出了图11A的LOI的一部分；
图13是作为图11A的LOI的SSC部分的长度的函数的转换效率的模拟；
图14示出了图11A的LOI和Si PIC；
图15示出了具有第一激光器到LOI耦合配置的示例性表面耦合系统；
图16示出了具有第二激光器到LOI耦合配置的另一示例性表面耦合系统；
图17示出了具有第三激光器到LOI耦合配置的另一示例性表面耦合系统；
图18示出了具有第四激光器到LOI耦合配置的另一示例性表面耦合系统；
图19示出了具有第五激光器到LOI耦合配置的另一示例性表面耦合系统；
图20示出了具有第六激光器到LOI耦合配置的另一示例性表面耦合系统，
所有这些都根据本文描述的至少一个实施例来布置。
具体实施方式
2017年6月22日公开的美国公开No.2017/0179680(下文称为'680公开)和2016年8月2日公布的美国专利No.9,405,066(下文称为'066专利)通过引用的方式结合于此。
本文和/或'680公开中描述的一些实施例消除了对诸如背景技术中描述的系统中的透镜的需要，这可以减少部件数量和成本，并且显著简化这种系统中的封装过程。隔离器可用于这种系统中。在这种系统中不存在透镜可以显著减小隔离器的尺寸和成本，并且可以显著增加对准公差。例如，对准公差可以从约0.1μm(其必须通过有源反馈对准来完成，需要在对准期间打开激光器)增加10倍或甚至50倍或更多，达到在无源对准拾放机(即，无需打开激光器)中实现的约1-2μm或者甚至5-8μm或更多。可替换地或另外地，本文描述的实施例可以实现激光器的晶圆级测试。
根据'680公开中公开的一些实施例，提供包括第一表面光栅(或第一衍射光栅或发射光栅)和第二表面光栅(或第二衍射光栅或接收光栅)的表面耦合系统，以将光从边缘发射激光器耦合到PIC，例如Si PIC。在一些实施例中，第一和第二表面光栅可以各自包括小折射率对比度长表面光栅。通常，小折射率对比度长表面光栅可包括折射率对比度小于约1-1.5且长度大于10μm的表面光栅。在其他实施例中，第一和第二表面光栅可各自包括大面积表面光栅(LASG)，其长度大于约10μm并且具有或不具有小折射率对比度。
边缘发射激光器可以包括磷化铟(InP)激光器或其他合适的边缘发射激光器。InP激光器可以包括输入无源波导，其在扇出区域中扩展到第一表面光栅。第一表面光栅可以被配置为对于由第一表面光栅衍射的光束生成大约8-40μm的相对大的光学模式光斑尺寸。在具有发射光栅的相同芯片中形成的这种边缘发射激光器在本文中可称为表面耦合边缘发射激光器。
根据'680公开中描述的实施例，接收光栅可以形成在Si PIC中。接收光栅可以被配置为接收由发射光栅衍射的光并将光重定向到Si PIC的波导中。
'680公开中描述的实施例另外包括第一衍射光栅的各方面。在示例性实施例中，表面耦合系统可以包括表面耦合边缘发射激光器和PIC。表面耦合边缘发射激光器可以包括第一波导和光学耦合到第一波导的第一衍射光栅。PIC可以包括第二波导和光学耦合到第二波导的第二衍射光栅。表面耦合边缘发射激光器的第一波导可包括具有芯折射率的芯，具有顶部包层折射率的顶部包层，以及作为具有底部包层折射率的底部包层的衬底。第一衍射光栅可包括形成在第一波导的芯上的光栅齿，每个光栅齿可以具有总高度、在第一波导的芯之上的高度、周期和占空比。芯折射率可以大于第一阈值，使得第一衍射光栅的有效折射率足够高于底部包层折射率，以避免衍射光学模式泄漏到衬底中。
上述第一表面光栅可以替代地或另外地称为第一衍射光栅或发射光栅。上述第二表面光栅可以替代地或另外地称为第二衍射光栅或接收光栅。如本文所用，“发射光栅”通常可以指包括在表面耦合边缘发射激光器的无源部分中的衍射光栅，其将来自表面耦合边缘发射激光器的激光腔的光向下衍射穿过衬底和/或其他层朝向Si PIC。如本文所使用的，“接收光栅”通常可以指包括在Si PIC中的衍射光栅，其接收来自发射光栅的光并将其引导到Si PIC中的波导中。
Si PIC中的接收光栅所具有的耦合损耗可能高于至少某些应用的需要。可替换地或另外地，接收光栅对于诸如相干光学器件的一些应用可能具有不足的带宽。本文描述的实施例包括接收光栅的各种替代方案。
在示例性实施例中，一种系统包括表面耦合边缘发射激光器、LOI和光学隔离器。表面耦合边缘发射激光器包括第一波导和光学耦合到第一波导的发射光栅。LOI包括LOI波导和输入界面。光学隔离器位于表面耦合边缘发射激光器和LOI之间。LOI定位为接收由表面耦合边缘发射激光器输出的光，该光通过发射光栅向下衍射通过光学隔离器。激光光学插入器的输入界面被配置为将输出光束重定向到LOI波导中。
该系统可另外包括对接耦合到LOI波导的单模光纤(SMF)。在这些和其他实施例中，LOI波导的输入端的光学模式可以匹配或基本上匹配由表面耦合边缘发射激光器输出的光的光学模式。可替换地或另外地，LOI波导的输出端的光学模式可以匹配或基本上匹配SMF的光学模式。因此，LOI可以改变从输入端到输出端的光的光学模式。例如，在示例性实施例中，LOI的输入端具有在10微米(μm)至15μm范围内的w0参数，并且LOI的输出端具有在4μm至5μm范围内的w0参数。如果两个光学模式的轮廓重叠至少80％、至少90％或某个其他阈值，则可以说两个光学模式匹配。
在一些实施例中，该系统可以包括具有带锥形端部的波导的PIC。波导可以包括氮化硅(SiN)波导。PIC中的波导的锥形端，特别是波导的波导芯的锥形端，可以位于LOI波导的输出端下方。锥形端可以与LOI波导的输出端在两个正交方向上对准。LOI波导和PIC中的波导的锥形端可以形成绝热耦合器，例如，如'066专利中所述的。
现在将参考附图来描述本发明的示例性实施例的各个方面。应理解，附图是这些示例实施例的图解和示意性表示，并不限制本发明，也不一定按比例绘制。
图1示出了'680公开中描述的示例性表面耦合系统100。如图所示，表面耦合系统100可以包括表面耦合边缘发射激光器(下文中称为“激光器”)102和Si PIC 104。如图1和本文其他图中所示的表面耦合边缘发射激光器可以替代地或另外地被称为光栅耦合激光器(GCL)或GCL激光器。在图1的示例中，激光器102包括InP激光器。图1的表面耦合系统100可另外包括设置在激光器102和Si PIC 104之间的光学隔离器120。
激光器102可以包括第一表面光栅106，Si PIC 104可以包括第二表面光栅108。第一表面光栅106可以通过芯波导光学耦合到激光器102的有源部分112。芯波导可以光学耦合以接收由激光器102的有源部分112的增益介质(未示出)发射的光。在一些实施例中，扇形区域可以设置在芯波导和第一表面光栅106之间和/或可以包括芯波导。扇出区域可以由与芯波导相同的介质和层形成，使得扇出区域通常可以是芯波导的延伸。另外，扇出区域可以包括光栅线，使得扇出区域通常可以是第一表面光栅106的延伸。
从激光器102的有源部分112发射的光可以穿过芯波导行进到扇出区域，其中光的模式可以横向(例如，大致进出图1中的纸面)扩展。第一表面光栅106可以以横向扩展模式将光大致向下衍射为衍射光110。衍射光110可以朝向Si PIC 104的第二表面光栅108衍射。衍射光110的模式可以扩展到扇出区域内的8-40μm光斑尺寸(横向测量)，同时由第一表面光栅106沿着有源部分112的方向扩展。这种扩展衍射光的方法的一个潜在好处可能是光斑尺寸可能远大于可以利用标准光斑尺寸转换器实现的2至4μm光斑尺寸。
衍射光110可以由第二表面光栅108接收。衍射光110可以由第二表面光栅108重定向到Si PIC 104的波导(未示出)中。波导的一个示例可以是Si波导。
衍射光110在到达Si PIC 104的第二表面光栅108之前穿过光学隔离器120。光学隔离器120可以被配置为减少或消除背反射。光学隔离器120可以附接到Si PIC 104，或附接到激光器102，或附接到Si PIC 104和激光器102。
图2A和2B示出了示例性表面耦合边缘发射激光器(下文中称为“激光器”)202A，其可以在表面耦合系统中实现，例如关于图1讨论的表面耦合系统100和图3的表面耦合系统300及本文所述的其他表面耦合系统。图2A包括仰视图，图2B包括激光器202A的底部透视图。图2C示出了另一示例性表面耦合边缘发射激光器(下文称为“激光器”)202B，其可以在表面耦合系统中实现，例如关于图1所讨论的表面耦合系统100、图3的表面耦合系统300，或者本文描述的其他表面耦合系统。激光器202A和202B中的每一个可以包括或对应于图1的激光器102或者本文所述的其他系统中的其他激光器。
首先参考图2A和2B，激光器202A可包括增益介质216、第一分布式布拉格反射器(DBR)214A和第二DBR 214B。第一和第二DBR 214A-B与增益介质216一起可以形成激光腔212，使得图2A和2B的示例中的激光器202A可以包括DBR激光器。可替换地或另外地，并且如图2C所示，激光器202B可以包括分布反馈(DFB)激光器，其中光栅220和增益介质222在激光腔中重叠。在其他实施例中，DFB型增益区域和一个或多个无源DBR区域可以都存在以在配置中提供反馈，该配置可以被称为分布式反射器(DR)激光器并且可以用于高速激光器应用。激光器202A、202B中的每一个可以包括光学耦合到相应激光腔(例如，图2A和2B中的212)的第一表面光栅206。第一表面光栅206可以与关于图1讨论的第一表面光栅106或与本文讨论的其他第一表面光栅类似或相同。第一表面光栅206的扇出区域可以包括光栅线，使得第一表面光栅206和扇出区域部分或完全重叠。
在图2A和2B中，第二DBR 214B的反射率可以是大约98％，第一DBR 214A的反射率可以是大约30％。在其他实施例中，第一和第二DBR 214A-B可以具有其他反射率值。
激光器202A通常可以穿过第一DBR 214A朝向第一表面光栅206发射光218。发射的光218可以与第一表面光栅206相互作用，以被第一表面光栅206衍射为衍射光210。
在图2C中，实现为DFB激光器的激光器202B通常可以穿过DFB激光器的前部朝向第一表面光栅206发射光224。光224可以与第一表面光栅206相互作用以被第一表面光栅206衍射为衍射光226。
激光器202A和/或202B可以由在激光器202A或202B上沉积的SiN或氧化硅(SiOx)形成的钝化层气密密封。更详细地，可以在激光器202A或202B上方沉积一层或多层SiN和/或SiOx，以气密密封激光器202A或202B。
图1的表面耦合系统100是用于将来自激光器102的光耦合到Si PIC 104的相对简单的集成方案的示例。然而，图1的配置的一些实施方式可能遭受不期望的高耦合损耗、有限的带宽和/或背反射。本文描述的实施例涉及将光从GCL激光器耦合到Si PIC的替代耦合方案，Si PIC可以具有比图1的配置更低的损耗、更宽的带宽和/或更少的背反射。
因此，图3示出了根据本文描述的至少一个实施例布置的另一示例性表面耦合系统300。如图所示，表面耦合系统300可以包括GCL激光器302、LOI 310、光学隔离器320和SiPIC 304。GCL激光器302和光学隔离器320可以与本文和/或'680公开中描述的其他激光器和光学隔离器相同或相似。例如，GCL激光器302可以包括与图1的激光器102类似的有源部分/激光腔312和第一表面光栅306，并且可以以相同或相似的方式起作用，而光学隔离器320可以以与光学隔离器120相同或类似的方式起作用。
LOI 310包括LOI波导314和输入界面316(图3中标记为“反射界面”)。LOI 310可以另外包括出射面318。LOI波导314可以包括波导芯322和包层324。在一些实施例中，波导芯322可以包括SiN，包层324可以包括二氧化硅(SiO2)。在其他实施例中，LOI 310可包括通过离子交换过程形成的高折射率玻璃波导。
在操作中，光326通常从GCL激光器302向下输出，更具体地相对于来自GCL激光器302的法线以角度
Figure BDA0002157235540000081
输出，该法线可以是垂直的，假设GCL激光器302以平行于水平的第一表面光栅306定位。光326穿过光学插入器320和LOI 310的顶部并与LOI 310的输入界面316相互作用。
假设LOI 310定位成其上表面和下表面平行于水平，输入界面316可以相对于垂直成角度为界面角θ，所述界面角θ被选择为将光重定向到水平延伸的LOI波导314中。输入界面316可以通过反射(例如，全内反射)来重定向光。
LOI波导314的波导芯322可以具有比LOI波导314的包层324更高的折射率。LO 310可以被比LOI波导314的包层324的折射率更低的空气或其他周围材料包围，使得到达输入界面316的来自GCL激光器302的光326在水平方向上反射到LOI波导314的波导芯322中。
Si PIC 304包括具有锥形端330的波导328。Si PIC 304的波导328可以包括SiN波导，例如由包层包围的SiN波导芯。除非上下文另有说明，否则对该波导和其它波导的锥形或锥形端的讨论可更具体地指波导芯的锥形或锥形端。
Si PIC中的波导328的锥形端330可以位于LOI波导314的输出端下方。锥形端330可以与LOI波导314的输出端在两个正交方向上对准。LOI波导314和Si PIC 304中的波导328的锥形端330可以形成绝热耦合器，例如，如'066专利中所述。在这些和其他实施例中，可以设计Si PIC 304中的波导328的锥形端330的锥形宽度和形状，使得在沿着锥形端330的长度的某个点处，LOI波导314中的光学模式的有效折射率基本匹配波导328的锥形端330的有效折射率。因此，在LOI波导314中传播的光可以从LOI波导314绝热耦合到Si PIC 304中的波导328中。
等式(1)-(4)与图4一起示出了根据本文描述的至少一个实施例布置的图3的LOI310的输入界面316的界面角θ的推导。
Figure BDA0002157235540000091
Figure BDA0002157235540000092
Figure BDA0002157235540000093
Figure BDA0002157235540000094
在图4和等式(1)-(4)中，假设第一表面光栅306、光学隔离器320和LOI 310都是平行于水平取向的，
Figure BDA0002157235540000095
是来自第一表面光栅306的光326的衍射角，γ是光学隔离器320处的光326的入射角和光326从光隔离器320的离去角，α是光326穿过LOI 310相对于垂直的传播角，θ是输入界面316的界面角，nInP是光326穿过的GCL激光器的衬底的折射率，nG是LOI 310的折射率，或者至少是LOI 310的包层的折射率。
在示例性实施例中，并且如图4所示，光学隔离器320可以包括第一偏振器320A、石榴石或其他法拉第旋转器320B，以及第二偏振器320C。
根据Snell定律，LOI 310的输入界面316的界面角θ由等式(4)通过等式(1)-(3)给出。作为示例，如果折射率nInP是3.25并且LOI 310的折射率nG是1.467，则来自发射光栅的衍射角
Figure BDA0002157235540000096
可以约为14度并且LOI 310的输入界面316的界面角θ可以约为28.5度。在一些实施例中，构成光学隔离器320的第一偏振器320A、石榴石320B和第二偏振器320C的折射率可以与界面角θ的推导无关，只要各自的表面彼此平行即可。在该实施例和其他实施例中，光学隔离器320的输入和输出处的角度γ可以保持相同，仅光326进出光学隔离器320的位置可以改变。然而，更一般地，如果光学隔离器320的表面彼此不平行，则可以考虑光进出光学隔离器320的角度。
图5示出了根据本文所述的至少一个实施例布置的示例性LOI 500的俯视图和横截面图。LOI 500可以包括或对应于图3和4的LOI 310或者本文描述的其他表面耦合系统中的其他LOI。图5和本文的其他图包括任意定义的x-y-z参照系。在x-y-z参照系中，x轴垂直取向，y轴横向取向，z轴在光传播方向上取向。
在图5的示例中，LOI 500包括波导芯502和周围包层504，它们一起形成LOI 500的LOI波导。如图5的俯视图(顶视图)所示，波导芯502包括锥形的输入端506，及可以是锥形或不是锥形的输出端508。就锥形而言，输入端506和/或输出端508可以在单个维度上逐渐变细，例如横向(y方向)或纵向(x方向)，或者在二维上逐渐变细，例如横向和纵向。在图5的示例中，输入端506在横向方向上逐渐变细，在输入端506的最左边点处最窄，输入端506在图5中从左向右变宽。图5的两个横截面图示出了在左侧的横截面图中在波导芯502的最左侧点处和在右侧的横截面图中在波导芯502的最右侧点处的波导芯502的示例宽度。
图5的每个横截面图另外示出了在输入端506和输出端508处的LOI 500的对应示例性光学模式510、512。每个光学模式510、512通常是高斯的并且可以通过参数w0表征。参数w0可以指高斯光学模式强度在其峰高的1/e2处的宽度的一半。通常，光学模式受较小的波导芯的限制可以较少。因此，光学模式在LOI波导的波导芯502的输入端506处受限制可以较少，并且在输出端508处受限制较多。作为示例，输入端506处的光学模式510的w0参数可以在10-15μm的范围内，而输出端508处的光学模式512的w0参数可以在4-5μm的范围内。更一般地，LOI波导可以被配置为使得输入端506具有光学模式510，该光学模式510基本上匹配从相应GCL激光器输出的光的光学模式，并且使得输出端508具有光学模式512，该光学模式512基本匹配Si PIC的波导(例如，图3的Si PIC 304的波导328)或SMF的波导的光学模式。
在图5的横截面图中，LOI波导包括单个波导芯502。在其他实施例中，LOI波导可以包括两个或多个波导芯，它们一起形成有效的单模波导。LIONIX BV已经公开了这种LOI波导的示例。两个或多个波导芯可以包括相同或不同的覆盖区。例如，图6示出了根据本文描述的至少一个实施例布置的具有两个垂直分离且平行的波导芯602A、602B(下文统称为“波导芯602”)的示例性LOI 600的横截面图。LOI 600的最左侧横截面图可以是LOI 600的输入端，而LOI 600的最右侧横截面图可以是LOI 600的输出端。在图6的示例中，两个波导芯602具有彼此相同的覆盖区，并且可以具有与图5的俯视图中所示的波导芯502相同或相似的覆盖区。例如，如图6的最左侧横截面图中所示，图6中的两个波导芯602中的每一个在输入端处相对较窄，锥形渐变为在输出端处相对较宽，如图6的最右侧横截面图中所示。
图6的每个横截面图还示出了分别在LOI 600的输入端和输出端处的LOI 600的相应示例性光学模式610、612。如图5中所示，光学模式610在输入端处可以受限制较少，而光学模式612在LOI 600的波导芯602的输出端处可以受限制较多。
可以使用各种配置来实现本文所述的一个或多个LOI的LOI波导的所需波导特性。在示例中，LOI波导包括具有二氧化硅(SiO2)包层的一个或多个SiN波导芯。如图5和图6所示，一个或多个SiN波导芯中的每一个可以具有薄的矩形横截面轮廓，其厚度(例如，在垂直方向上)为200-300纳米(nm)并且具有锥形可变宽度，其对于TE偏振是单模。通过逐渐减小一个或多个波导芯的宽度(例如，y尺寸)，可以修改光学模式以匹配LOI波导的入口上的w0＝10-15μm，以匹配GCL激光器的发射光栅外的模式，并且可选地匹配LOI出射面处的SMF。可以使用相同或相似的配置将来自LOI波导的光绝热地耦合到Si PIC中具有锥形端的SiN波导，例如，如图3所示。
图7示出了根据本文描述的至少一个实施例布置的另一示例性表面耦合系统700。图7的表面耦合系统700包括图3的GCL激光器302和光学隔离器320。图7的表面耦合系统另外包括LOI 710和SMF 704，而不是图3的Si PIC 304。LOI 710可以与图3-6的LOI 310、500、600相同或相似，只要LOI 710的输出处的光学模式被配置为匹配SMF 704的光学模式。
图7另外包括由GCL激光器302生成的光326在图7的表面耦合系统700中的各个点处的示例性光学模式712、714、716、718。如图7所示，LOI 710的输入端(例如，左侧)处的光学模式714基本上匹配从第一表面光栅306输出的光学模式712，而LOI 710的输出端(例如，右侧)处的光学模式716基本上匹配SMF 704的光学模式718。
在图7的示例中，LOI 710的输出可以直接对接耦合到SMF 704。GCL激光器302可以是高速直接调制激光器(DML)，在这种情况下可以省略Si PIC(例如，图3的Si PIC 304)，并且光信号形式的光326可以在GCL激光器302中直接生成，并通过光隔离器320和LOI 710输出到SMF 704。然而，参考图3，在GCL激光器302不是DML的情况下，光326可以由GCL激光器302生成为通过光学隔离器320和LOI 310输出到Si PIC 304中的光束，该Si PIC 304可以包括外部调制器，用于将光束转换为光信号。
返回到图7，GCL激光器302(其可以包括InP激光器)中的第一表面光栅306可以用作非常大的光斑尺寸转换器，生成通过InP中的标准锥形无法实现的10-20μm半高全宽(或者～1度的发散角)的光斑尺寸。传统DML的典型发散角可以比图7的示例性实施例高大约10-20倍。根据本文描述的实施例的大光斑和小发散允许在无需关键对准的情况下封装光学隔离器320，因为对准精度为5-8μm。此处，LOI 710可以将模式尺寸向下转换为与SMF 704的模式尺寸匹配。图7的实施例可以在功能上包括没有透镜或关键对准的望远镜。大光斑尺寸降低了入射角的公差，包括界面角θ的变化，因此在优化图7的表面耦合系统700时可以考虑它。
图8示出了根据本文描述的至少一个实施例布置的另一示例性LOI 800的俯视图和横截面图。LOI 800可以包括或对应于图3和4的LOI 310，或图7的LOI 710，或者本文所述的其他表面耦合系统中的其他LOI。
在图8的示例中，LOI 800包括两个波导芯802A，802B(统称为“波导芯802”)和周围包层804，它们一起形成LOI 800的LOI波导。两个波导芯802可以包括对准的SiN波导芯802A和Si波导芯802B以横向(例如，沿y方向)和纵向(例如，沿z方向)重叠。SiN波导芯802A可以是锥形的，例如，在LOI波导的输入端806处相对较窄，并且沿着SiN波导芯802A的长度的至少一部分从左到右加宽，在LOI波导的输出端808处相对较宽，类似于图5的波导芯502。Si波导芯802B也可以是锥形的，从左到右变窄，并且可以在LOI波导的输出端808处完全不存在。
两个横截面图包括在输入端806附近截取的左侧的横截面图，其中波导芯802在y和z方向上重叠，以及在输出端808附近截取的右侧的横截面图，其中不存在Si波导芯802B。每个横截面图包括在相应位置处的光学模式810、812的表示。
如果发射光栅没有变迹，则相应GCL激光器的发射光栅(或第一表面光栅)外的光学模式在强度分布中可以是指数的。在这些和其他实施例中，Si波导芯802B可以设置在LOI800中的SiN波导芯802A下方，以修改光学模式以更好地与发射光栅的光学模式重叠。在一些实施例中，Si波导芯802B可位于SiN波导芯802A下方约100nm处。
如上所述，本文描述的一些实施例可以具有比图1的配置更低的损耗，更宽的带宽和/或更少的背反射。例如，如本文所述的LOI的一些实施例可具有低于1分贝(dB)的损耗并且带宽约为100纳米或更高。在这些和其他实施例中，LOI可以被设计为从GCL激光器接受大约30μm高斯光学模式。30μm高斯光学模式可以等效于具有15μm的w0参数的高斯光学模式。LOI可以包括具有尖端相对细/窄的锥形SiN波导芯的低对比度氧化物波导。LOI还可以包括从低对比度波导过渡到高对比度波导的光斑尺寸转换器(SSC)部分。LOI可以包括或耦合到成角度的平面，例如图3的输入界面316，以将光引导到LOI波导中。
图9是根据本文描述的至少一个实施例布置的另一示例性LOI 900的横截面图。LOI 900可以包括或对应于本文描述的一个或多个其他LOI。LOI 900可以包括波导芯902、包层904和衬底906。可替换地或另外地，LOI 900可以包括空气包层908。
波导芯902可以包括SiN或其他合适的材料。波导芯902可以具有宽度wcore和高度hcore，其可以沿着波导芯902的长度(例如，进出纸面)是恒定的或可变的。例如，波导芯902可以在宽度上逐渐变细，类似于上面讨论的波导芯，或在高度逐渐变细。可替换地或另外地，LOI 900可以包括沿LOI 900的长度的至少一些部分在波导芯902上方或下方的附加波导芯。在示例性实施例中，以及在图9的横截面图的位置处，宽度wcore可以约为0.5μm，高度hcore可以约为25nm。
包层904可以包括SiO2或其他合适的材料。包层904可以具有肋型横截面轮廓，其具有脊宽度wridge、脊高度hridge、肋高度hrib和肋宽度wrib。在示例性实施例中，并且在图9的横截面图的位置处，脊宽度wridge可以约为35μm，脊高度hridge可以约为13μm，肋高度hrib可以约为20μm，肋宽度wrib可以约为30μm。本文描述的一个或多个其他LOI可以类似地用具有肋型横截面轮廓的包层实现。
衬底906可以包括Si或其他合适的材料。本文描述的一个或多个其他LOI可以类似地用衬底实现。
空气包层908可有助于降低引导模式有效指数，从而导致更大的模式轮廓。本文描述的一个或多个其他LOI可以类似地用空气包层实现。
可以针对单极化操作优化或配置LOI 900。例如，LOI 900可以具有输入光学模式(例如，在其输入端处的光学模式)，其匹配或基本上匹配用于TE偏振光的GCL激光器的输出光学模式，并且可以修改光学模式以在LOI 900的输出处匹配用于TE偏振光的SMF或Si PIC的输入光学模式。
图10示出了根据本文描述的至少一个实施例布置的图9的LOI 900的模拟支持光学模式1000。图10的模拟示出了LOI 900在其输入端处的有效指数Neff是Neff＝1.4463+i1.49E-6，其可以对应于0.62dB/cm的传播损耗。在图10中，模拟支持光学模式1000具有约22μm的垂直方向的模场直径(MFD(v))，约24μm的水平方向的模场直径(MFD(h))，与30μm高斯光学模式(例如，GCL激光器输出的假定光学模式)具有91％的模式重叠，或0.45dB耦合损耗。
图11A包括根据本文描述的至少一个实施例布置的另一示例性LOI 1100的横截面图。LOI 1100可以包括或对应于本文描述的一个或多个其他LOI。LOI 1100可以包括第一波导芯1102、包层1104及衬底1106，可以与图9的波导芯902、包层904和衬底906相同或相似。可替换地或另外地，LOI 1100可包括空气包层(未示出)。LOI 1100还包括垂直定位在第一波导芯1102上方的第二波导芯1108。第一波导芯1102和第二波导芯1108可以通过包层1104或其他材料或层分开。第一波导芯1102和第二波导芯1108可以分开距离d。在一些实施例中，距离d可以约为25nm。第一波导芯1102和第二波导芯1108可以包括SiN或其他合适的材料。
图11B包括根据本文描述的至少一个实施例布置的第一波导芯1102和第二波导芯1108的俯视图。结合参考图11A和11B，LOI 1100可以包括低对比度波导(LCWG)部分1110、SSC部分1112、高对比度波导(HCWG)部分1114和渐逝耦合部分1116。
在LCWG部分1110中，不存在第二波导芯1108，并且第一波导芯1102具有宽度wcore1(例如，在y方向上)，其从尖端宽度到中间宽度横向逐渐变粗。在一些实施例中，尖端宽度可约为0.5μm，中间宽度可约为7-8μm。在LCWG部分1110中，LOI 1100的LOI波导可具有低折射率对比度以适应相对较大的光学模式1118，该光学模式1118可与GCL激光器输出的光的光学模式匹配或基本匹配。LCWG部分1110可以相对弱地引导光学模式1118。
第一波导芯1102可以在SSC部分1112、HCWG部分1114和渐逝耦合部分1116中的一个或多个中具有恒定宽度(例如，等于中间宽度)。在其他实施例中，第一波导芯1102可以在SSC部分1112、HCWG部分和渐逝耦合部分1116中的一个或多个中具有可变宽度。
在SSC部分1112(其也可以被称为垂直锥形部分)中，第二波导芯1108可以具有从尖端厚度到中间厚度垂直向上逐渐变化的厚度tcore2(例如，在z方向上)。尖端厚度可以约为0nm，中间厚度可以约为250nm。SSC部分1112可以将来自LCWG部分1110的相对弱引导的光学模式转换为更高限制的光学模式。例如，光学模式1118可以进入SSC部分1112并且通过SSC部分1112部分地转换到更受限制的光学模式1120，然后通过SSC部分1112的末端转换为甚至更高度受限的光学模式1122。
图11A另外示出了示例性Si PIC 1124，其可以包括衬底1126、SiN波导芯1128和包层1130等。SiN波导芯1128可以具有在渐逝耦合部分1116中与第二波导芯1108在y和z方向上对准并且在x方向上与第二波导芯1108间隔开的锥形端。SiN波导芯1128和包层1130可以形成Si PIC 1124的SiN波导。
在HCWG部分1114中，通常可以保持光学模式1122。然而，在HCWG部分1114末端附近或之后，光学模式1122可以开始渐逝地耦合到Si PIC 1124的SiN波导，如光学模式1132所示。到渐逝耦合部分1116的末端，来自LOI 1100的大部分光可以耦合到Si PIC 1124中，如光学模式1134所示。
第二波导芯1108在图11B中示出为具有在整个SSC部分1112、HCWG部分1114和渐逝耦合部分1116中恒定的宽度wcore2。在其他实施例中，第二波导芯1108的宽度wcore2可以在SSC部分1112、HCWG部分1114和渐逝耦合部分1116中的一个或多个中变化(例如，通过横向锥形)。
在一些实施例中，在渐逝耦合部分1116之后，第二波导芯1108的厚度tcore2可以从中间厚度垂直向下逐渐减小到尖端厚度。
图12示出了根据本文描述的至少一个实施例布置的图11A的LOI 1100的一部分。图12另外示出了当光1202传播通过LOI 1100时可具有各种光学模式1118、1120(图11A)、1122的光1202。SSC部分1112可具有长度lSSC。SSC部分1112的长度lSSC可以影响LOI 1100中从光学模式1118到光学模式1122的转换效率。可以通过Eignemode扩展法(Lumerical EME)模拟SSC部分1112中的转换损耗。
图13是根据本文描述的至少一个实施例布置的作为SSC部分1112的长度lSSC的函数的转换效率的模拟1300。如图13所示，对于1.5毫米(mm)或更长的SSC部分1112的长度lSSC，转换效率可以超过90％。
图14示出了根据本文描述的至少一个实施例布置的图11A的LOI 1100和Si PIC1124。当光从相应的GCL激光器通过LOI 1100行进到Si PIC 1124时，光的总耦合损耗可以是大约1dB或更小，或者在一些实施例中。由于GCL激光器的光学模式与LOI 1100的输入端处的光学模式之间的紧密匹配(例如，重叠)，总耦合损耗可包括从GCL激光器到LOI 1100的大约0.45dB的损耗。如果SSC部分1112(见图11A和12)的长度大于1.5mm，则总耦合损耗也可以包括来自SSC部分1112的约0.45dB。总耦合损耗还可以包括对于从LOI 1100过渡到SiPIC 1124的约0.1dB损耗。因此，总耦合损耗可以约为0.45dB+0.45dB+0.1dB＝1dB。
包括GCL激光器、光学隔离器、LOI和Si PIC的表面耦合系统可以以各种方式将来自GCL激光器的光引导到LOI的LOI波导中，其中一些在图15-20中示出。图15-20包括图11A的LOI 1100和Si PIC 1124作为示例。在其他实施例中，可以在其位置实现其他LOI和/或SiPIC。
更详细地，图15示出了根据本文描述的至少一个实施例布置的具有第一激光器到LOI耦合配置的示例性表面耦合系统1500。表面耦合系统1500包括具有第一表面光栅306、光学隔离器320、LOI 1100和Si PIC 1124的GCL激光器302。在该实施例和其他实施例中，GCL激光器302可以耦合到光学隔离器320。
图15中所示的LOI 1100的实施例包括输入界面1502。图15中所示的Si PIC 1124的实施例包括由包层1130围绕的SiN波导芯1128和Si波导芯1504。第一激光器到LOI耦合配置使用输入界面1502将来自GCL激光器302的光重定向到LOI 1100的LOI波导中，类似于上述表面耦合系统300。输入界面1502可以关于表面耦合系统300具有如上面所描述的那样确定的界面角。
在一些实施例中，并且如图15所示，LOI 1100可以包括在衬底1106和LOI 1104的包层1104之间的一个或多个抗反射涂层1506，以最小化或至少减少由GCL激光器302所发射的光的背反射。
其他图中所示的LOI 1100或其他LOI的其他实施例可类似地包括在衬底和包层之间的一个或多个抗反射涂层。
在一些实施例中，并且如图15所示，Si衬底1124可以包括Si波导芯1504，其包括在SiN波导芯1128上方或下方的层中。具有围绕的包层1130的Si波导芯1504可以形成Si波导。Si PIC 1124的SiN波导和Si波导可以绝热地耦合在一起，例如，如'066专利中所述。
在图15中，GCL激光器302和光学插入器320可以直接连接到LOI 1100，例如连接到LOI 1100的底部或背面。输入界面1502可以通过抛光或其他工艺实现为成角度的面。在一些实施例中，高反射(HR)涂层1508可以涂敷到输入界面1502，而在其他实施例中(例如，在全内反射(TIR)的情况下)，可以省略HR涂层1508。为了在没有HR涂层1508的情况下将输入界面1502用作TIR反射镜，可以使用上面的等式(1)-(4)来确定输入界面1502的角度。
图16示出了根据本文描述的至少一个实施例布置的具有第二激光器到LOI耦合配置的另一示例性表面耦合系统1600。表面耦合系统1600包括具有第一表面光栅306、光学隔离器320、LOI 1100和Si PIC 1124的GCL激光器302。表面耦合系统1600另外包括用于实现第二激光器到LOI耦合配置的微棱镜1602。
微棱镜1602可以与GCL激光器302和光学隔离器320组装在一起，以将来自GCL激光器302和光学隔离器320的光传播方向转换到LOI 1100的波导中。微棱镜1602可以是具有较大表面(例如，对应于直角的斜边的表面)的直角棱镜，具有由微棱镜1602内的光的入射角θi确定的棱镜角θa。在图16的配置中，棱镜角θa可以根据等式5确定：
θa＝(90°–θi)/2 (5)
在一些实施例中，微棱镜1602可包括BK7玻璃(n～1.5)或其他合适的材料。在一些实施例中，GCL激光器302、光学隔离器320和微棱镜1602可以作为一个单元耦合在一起并且有源地与LOI 1100和Si PIC 1124对准。可替换地或另外地，微棱镜1602可以在其一些或全部较大表面上包括HR涂层1604和/或在与光学隔离器320和LOI 1100的界面处包括一个或多个AR涂层1606、1608。
微棱镜1602可以具有长度l。在一些实施例中，微棱镜1602的长度l可以约为200μm。
图17示出了根据本文描述的至少一个实施例布置的具有第三激光器到LOI耦合配置的另一示例性表面耦合系统1700。表面耦合系统1700包括具有第一表面光栅306、光隔离器320、LOI 1100和Si PIC 1124的GCL激光器302。表面耦合系统1700另外包括Si反射镜1702以实现第三激光器到LOI耦合配置。
可以通过Si工作台上的湿法蚀刻来制造Si反射镜1702。Si反射镜1702的精确镜角可以由晶面限定。图17的第三激光器到LOI耦合配置可以使用所有并行部件具有简单的集成流程。
图18示出了根据本文描述的至少一个实施例布置的具有第四激光器到LOI耦合配置的另一示例性表面耦合系统1800。表面耦合系统1800包括具有第一表面光栅306、光学隔离器320、LOI 1100和Si PIC 1124的GCL激光器302。表面耦合系统1800另外包括楔形棱镜1802，其中GCL激光器302、光学隔离器320和楔形棱镜1802作为一个单元封装在一起并旋转90度以实现第四激光器到LOI耦合配置。
楔形棱镜1802可以具有折射率nprism和楔角θw(例如，底表面1804相对于垂直的)。根据等式6，楔角θw可以由来自GCL激光器302的光1806的发射角θi确定：
θw＝sin-1[(nprism/nair)*sinθi] (6)
图18的第四激光器到LOI耦合配置可以消除使用高反射平面(如图15-17中所示)以减少可能由这种平面的非理想反射率引起的潜在损耗。
图19示出了根据本文描述的至少一个实施例布置的具有第五激光器到LOI耦合配置的另一示例性表面耦合系统1900。表面耦合系统1900包括具有第一表面光栅306、光学隔离器1902、LOI 1100和Si PIC 1124的GCL激光器302。光学隔离器1902可以与本文所述的其他光学隔离器相同或相似，和/或可以包括反射镜1904，与光学隔离器1902整体形成或附接到光学隔离器1902的底部以实现第五激光器到LOI耦合配置。
反射镜1904可以包括Si反射镜、金属反射镜或其他合适的反射镜。例如，反射镜1904可以包括湿法蚀刻的Si反射镜以获得精确的角度。可以实施晶圆级工艺以将光学隔离器1902、反射镜1904和LOI 1100封装在一起，例如作为整体部件。
图20示出了根据本文描述的至少一个实施例布置的具有第六激光器到LOI耦合配置的另一示例性表面耦合系统2000。表面耦合系统2000包括具有第一表面光栅306、光隔离器320、LOI 1100和Si PIC 1124的GCL激光器302。表面耦合系统2000另外包括具有平台2004和成角度面2006的Si的光学工作台2002，用于实现第六激光器到LOI耦合配置。
Si光学工作台2002可以通过Si晶面提供高反射良好限定的成角度面2006，例如在一个示例性实施例中为54.7度。作为一个单元耦合在一起的GCL激光器302和光学隔离器320可以安装到Si光学工作台2002的平台2004。LOI 1100和Si PIC 1124也可以安装到平台2004，LOI 1100定位为将由GCL激光器302发射的通过光学隔离器320并从成角度的面2006反射的光2008接收到其LOI波导中。因此，Si光学工作台2002可以为表面耦合系统2000的其他部件提供公共安装平台。
根据图20的第六激光器到LOI耦合配置的表面耦合系统的组装有可能是晶圆级工艺，与其他工艺相比可以降低成本。
因此，图3和15-20公开了在光通过相应的光隔离器320或1902之后将由GCL激光器302发射的光重定向到LOI 1100的LOI波导中的各种部件。重定向光的部件可以统称为光重定向器，其中的一个或多个可以包括在一些表面耦合系统中，以将来自光隔离器的输出的光重定向到LOI的LOI波导中。更具体地，每个光重定向器可以重定向光以进入并穿过LOI波导传播。例如，给定的光重定向器可以重定向光，使得它大致平行于LOI波导并在LOI波导内传播。
关于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可以根据上下文和/或应用适当地从复数转换为单数和/或从单数转换为复数。为清楚起见，本文可以明确地阐述各种单数/复数排列。
在不脱离本发明的精神或基本特征的情况下，本发明可以以其他特定形式实施。所描述的实施例在所有方面都应被视为仅是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是前面的说明表示。在权利要求的含义和等同范围内的所有变化都包含在其范围内。

Claims (21)

1.一种系统，包括：
光栅耦合激光器，包括激光腔和光学耦合到所述激光腔的发射光栅，所述发射光栅被配置为将所述激光腔发射的光衍射出所述光栅耦合激光器；
激光光学插入器LOI，包括具有输入端和输出端的LOI波导；
光学隔离器，位于所述光栅耦合激光器和所述LOI之间；
光重定向器，定位为在光通过所述光学隔离器之后将光重定向到所述LOI的所述LOI波导中；及
硅Si光子集成电路PIC，其包括波导，所述波导具有位于所述LOI波导的所述输出端下方的锥形端，所述波导的所述锥形端在两个正交方向上与所述LOI波导的所述输出端对准，所述LOI波导和所述Si PIC中的所述波导形成绝热耦合器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述LOI波导包括波导芯和包层，所述波导芯包括在所述LOI波导的输入端处的锥形，并且所述LOI波导的输入端具有与由所述光栅耦合激光器输出光的光学模式基本匹配的光学模式。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述LOI波导的输入端的光学模式具有10μm至15μm范围内的w0参数，所述w0参数是指高斯光学模式强度在其峰高的1/e2处的宽度的一半。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述LOI波导的输出端具有与所述Si PIC的波导的光学模式基本匹配的光学模式。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述LOI波导的输出端的光学模式具有4μm至5 μm范围内的w0参数，所述w0参数是指高斯光学模式强度在其峰高的1/e2处的宽度的一半。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光重定向器包括在所述LOI中形成的成角度的输入界面。
7.根据权利要求6所述的系统，还包括形成在所述成角度的输入界面上的高反射HR涂层。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光重定向器包括耦合到所述光学隔离器并且位于所述光学隔离器和所述LOI之间的微棱镜。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光重定向器包括反射镜，所述反射镜包括光学定位在所述光学隔离器和所述LOI之间的成角度平面。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述反射镜包括Si反射镜或金属反射镜，所述Si反射镜或金属反射镜耦合到所述光学隔离器的底部并且与所述光学隔离器和所述LOI作为一个单元封装在一起。
11.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述光重定向器包括耦合到光学隔离器的底部的楔形棱镜。
12.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述光重定向器包括具有平台和成角度平面的硅Si光学工作台；
所述光栅耦合激光器和所述光学隔离器安装到所述Si光学工作台的平台；
所述成角度平面光学定位在所述光学隔离器和所述LOI之间；及
所述LOI安装在Si光学工作台的低于所述平台的下部。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述LOI波导包括至少一个波导芯和包层，并且其中，所述包层具有肋型横截面轮廓。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述LOI波导包括彼此垂直间隔开的两个平行波导芯。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述两个平行波导芯包括：
氮化硅SiN波导芯，其在光传播方向上对于SiN波导芯的至少一部分长度在宽度上逐渐变粗；及
硅Si波导芯，其在光传播方向上对于Si波导芯的至少一部分长度在宽度上逐渐变细。
16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述两个平行波导芯包括：
第一波导芯，其在光传播方向上对于第一波导芯的至少一部分长度在宽度上逐渐变粗；及
第二波导芯，其在光传播方向上对于第二波导芯的至少一部分长度在厚度上逐渐垂直向上变化。
17.一种方法，包括：
从光栅耦合激光器的有源部分发射光；
在所述光栅耦合激光器的发射光栅处将光衍射出所述光栅耦合激光器；
使光通过位于光的光路中的光学隔离器；
将光重定向以沿水平方向传播到激光光学插入器LOI的LOI波导中；
接收水平传播到所述LOI波导中的光；及
将来自所述LOI波导的光绝热耦合到硅Si光子集成电路PIC的波导中，所述Si PIC的所述波导包括位于所述LOI波导的输出端下方的锥形端，所述锥形端在两个正交方向上与所述LOI波导的所述输出端对准。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述LOI波导包括用于接收光的输入端、用于输出光的输出端、波导芯和包层；
所述波导芯包括在所述LOI波导的输入端处的锥形；及
所述方法还包括修改从所述LOI波导的输入端到输出端的光的模式尺寸。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，修改从所述LOI波导的输入端到输出端的光的模式尺寸包括：
在所述LOI波导的输入端接收光，其中，输入端的光学模式具有在10μm至15 μm的范围内的w0参数，所述w0参数是指高斯光学模式强度在其峰高的1/e2处的宽度的一半；及
从所述LOI波导的输出端输出光，其中，输出端的光学模式具有在4 μm至5 μm的范围内的w0参数。
20.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述光栅耦合激光器被定向为沿水平方向从有源部分发射光并且沿具有向下分量的方向将光衍射出所述光栅耦合激光器；及
重定向光以沿水平方向传播包括将在反射表面处反射光，所述反射表面布置为将传播方向从具有向下分量的方向改变为水平方向。
21.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述光栅耦合激光器被定向为沿与水平方向正交的垂直方向从有源部分发射光，并沿具有垂直分量的方向将光衍射出所述光栅耦合激光器；及
重定向光以沿水平方向传播包括使光通过楔形棱镜，所述楔形棱镜布置为将传播方向从具有垂直分量的方向改变为水平方向。
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