FR3114887A1 - TRAVELING WAVE OPTICAL AMPLIFIER WHOSE AMPLIFICATION IS CONTROLLED BY FIELD-EFFECT TRANSISTORS - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif d'amplification optique notamment dans le domaine de fréquence de 1 à 800 THz en utilisant un principe d’ondes progressives et dont le gain et la plage de fonctionnement peuvent être commandées par des transistors à effet de champ. FiguresThe present invention relates to an optical amplification device in particular in the frequency range from 1 to 800 THz using a traveling wave principle and whose gain and operating range can be controlled by field effect transistors. tricks
Description
La présente invention concerne un dispositif d'amplification optique et plus particulièrement dans le domaine de fréquence de 1 à 800 THz; utilisant le principe d’ondes progressives et d’amplification commandée par des transistors à effet de champ.The present invention relates to an optical amplification device and more particularly in the frequency range from 1 to 800 THz; using the principle of traveling waves and amplification controlled by field effect transistors.
Le gain de l'amplificateur est stabilisé en faisant osciller ce dernier à une longueur d'onde qui peut être variable et non utilisée pour l'amplification du signal d'entrée.The gain of the amplifier is stabilized by making it oscillate at a wavelength which can be variable and not used for the amplification of the input signal.
Etat de l’art:State of the art:
L'invention concerne un amplificateur optique utilisant un principe d’ondes progressives et dont l’amplification est commandée par des transistors à effet de champ. Un tel amplificateur peut être utilisé dans le domaine des télécommunications par fibre optique, notamment pour amplifier un signal optique avant de le transmettre à grande distance.The invention relates to an optical amplifier using a principle of traveling waves and whose amplification is controlled by field effect transistors. Such an amplifier can be used in the field of telecommunications by optical fiber, in particular for amplifying an optical signal before transmitting it over a long distance.
Actuellement il existe plusieurs types d'amplificateur optique pour cette application dont notamment : l'amplificateur à semi-conducteur et l'amplificateur à fibre dopée par une terre rare.Currently there are several types of optical amplifier for this application including: the semiconductor amplifier and the fiber amplifier doped with a rare earth.
Pour la transmission dans l’infra-rouge, l'amplificateur à fibre dopée à l'erbium est le plus couramment utilisé. Le temps de récupération du gain dans un amplificateur à fibre dopée à l'erbium est supérieur à 0,1 ms. Ce temps de récupération élevé procure une stabilisation du gain pour les fréquences de modulation utilisées dans le domaine des télécommunications qui sont de l'ordre de 100 MHz à 10 GHz. Par contre, à cause d'un temps de récupération très court, les amplificateurs à semi-conducteur présentent une importante non-linéarité de gain jusqu'à des fréquences de modulation de plusieurs gigahertz, lorsque l'amplificateur travaille en régime de saturation.For infrared transmission, the erbium-doped fiber amplifier is most commonly used. The gain recovery time in an erbium-doped fiber amplifier is greater than 0.1 ms. This high recovery time provides gain stabilization for the modulation frequencies used in the field of telecommunications which are of the order of 100 MHz to 10 GHz. On the other hand, because of a very short recovery time, semiconductor amplifiers exhibit significant gain non-linearity up to modulation frequencies of several gigahertz, when the amplifier operates in saturation mode.
Classiquement, un amplificateur optique à semi-conducteur comporte un guide optique actif dans lequel un courant électrique est injecté transversalement. Le signal d'entrée, à amplifier, est injecté à une extrémité du guide, et le signal optique amplifié est recueilli à l'autre extrémité du guide. Le gain d'un amplificateur classique à semi-conducteur est, en première approximation, une fonction linéaire de la densité de porteurs de charge électrique dans le guide actif. Cependant celui-ci présente des non-linéarités.Conventionally, a semiconductor optical amplifier comprises an active optical guide into which an electric current is injected transversely. The input signal, to be amplified, is injected at one end of the guide, and the amplified optical signal is collected at the other end of the guide. The gain of a conventional semiconductor amplifier is, to a first approximation, a linear function of the density of electric charge carriers in the active guide. However, it has non-linearities.
Des solutions ont été proposées pour remédier au comportement non linéaire d'un amplificateur à semi-conducteur:Solutions have been proposed to overcome the nonlinear behavior of a semiconductor amplifier:
- L'utilisation d'une contre-réaction électrique agissant sur l'intensité du courant électrique injecté dans l'amplificateur, en fonction de l'amplitude du signal amplifié sortant de cet amplificateur.- The use of an electric feedback acting on the intensity of the electric current injected into the amplifier, depending on the amplitude of the amplified signal leaving this amplifier.
- L'utilisation de matériaux semi-conducteurs à puits quantiques.- The use of quantum well semiconductor materials.
Le brevet japonais JP-A-01 143 382 décrit un amplificateur optique à semi-conducteur comportant un laser à semi-conducteur, ce dernier émettant sur une première longueur d'onde. Le signal optique à amplifier a une seconde longueur d'onde, différente de la première. Le gain est stabilisé mais cette amplification n'est pas satisfaisante parce qu'elle est résonnante sur les pics de résonance de la cavité, le signal à amplifier se réfléchissant partiellement sur les faces clivées et créant des ondes stationnaires dans la cavité. Le brevet EP 0 639 876 A1 décrit un amplificateur optique à semi-conducteur comportant un laser. Le gain est stabilisé mais cette amplification fonctionne sur une seule fréquence de résonance de la cavité.Japanese patent JP-A-01 143 382 describes a semiconductor optical amplifier comprising a semiconductor laser, the latter emitting on a first wavelength. The optical signal to be amplified has a second wavelength, different from the first. The gain is stabilized but this amplification is not satisfactory because it is resonant on the resonance peaks of the cavity, the signal to be amplified being partially reflected on the split faces and creating standing waves in the cavity. Patent EP 0 639 876 A1 describes a semiconductor optical amplifier comprising a laser. The gain is stabilized but this amplification operates on a single cavity resonance frequency.
Le but de l'invention est de proposer un amplificateur optique dans lequel le gain est constant sur une large bande de fréquence et où l'amplification est à ondes progressives.The object of the invention is to provide an optical amplifier in which the gain is constant over a wide frequency band and where the amplification is traveling wave.
L'objet de l'invention est un amplificateur optique utilisant un principe d’ondes progressives et dont le gain et la plage de fonctionnement peuvent être commandées par des transistors à effet de champ, présentant une non-linéarité réduite, caractérisé par un guide optique et des moyens résonnants couplés à ce guide pour faire osciller cet amplificateur à une longueur d'onde différente de la longueur d'onde du signal à amplifier.The object of the invention is an optical amplifier using a principle of traveling waves and whose gain and operating range can be controlled by field effect transistors, having reduced non-linearity, characterized by an optical guide and resonant means coupled to this guide to cause this amplifier to oscillate at a wavelength different from the wavelength of the signal to be amplified.
L'amplificateur ainsi caractérisé présente, pour toute longueur d'onde différente de la longueur d'onde d'oscillation, un gain en onde progressive constant par rapport aux variations du signal amplifié. Dans l'amplificateur selon l'invention, le gain est stabilisé à une longueur d'onde non utilisée pour l'amplification du signal d'entrée.The amplifier thus characterized has, for any wavelength different from the oscillation wavelength, a constant progressive wave gain with respect to the variations of the amplified signal. In the amplifier according to the invention, the gain is stabilized at a wavelength not used for the amplification of the input signal.
L'amplification est à onde progressive, car les moyens résonnants utilisés résonnent à une longueur d'onde différente du signal à amplifier. L'amplificateur selon l'invention ne présente pas d’effets gênants d'une non-linéarité.The amplification is progressive wave, because the resonant means used resonate at a wavelength different from the signal to be amplified. The amplifier according to the invention does not present any disturbing effects of non-linearity.
Selon un mode de réalisation, les moyens résonnants comportent un réseau de transistors à effet de champ.According to one embodiment, the resonant means comprise a network of field effect transistors.
Dans certains modes de réalisation, l'amplificateur peut avoir au moins une longueur d'onde de la cavité résonnante qui chevauche le spectre de gain de l'amplificateur, de sorte que le gain fourni par l'amplificateur soit plus grand que les pertes, dans ce cas, le dispositif devient une source de rayonnement optique cohérent hautement polarisé (éventuellement un laser plasmon - polariton).In some embodiments, the amplifier may have at least one resonant cavity wavelength that overlaps the gain spectrum of the amplifier, such that the gain provided by the amplifier is greater than the losses, in this case, the device becomes a source of highly polarized coherent optical radiation (possibly a plasmon-polariton laser).
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-dessous :The invention will be better understood using the description below:
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- la figure 4 représente un autre exemple de réalisation d'un amplificateur selon l'invention.- Figure 4 shows another embodiment of an amplifier according to the invention.
Description de l’invention:Description of the invention:
Un amplificateur optique est un dispositif optique capable d'amplifier de manière cohérente un rayonnement optique (par exemple des photons). Le dispositif (1000) se compose d'une structure optique qui incorpore un milieu avec gain optique, qui permet un processus d'amplification optique. Le milieu de gain doit être excité pour fournir un gain optique. Cela implique un transfert d'énergie d'une source d'énergie vers le milieu de gain par un processus optique, électrique ou chimique. Un amplificateur optique possède des ports d'entrée et de sortie (100, 101). Dans un tel dispositif, un signal optique est introduit dans le port d'entrée (100) de sorte qu'il se propage à travers la structure interagissant avec le milieu de gain et subit une amplification optique avant d'être extrait du dispositif via le port de sortie (101). Le gain d'un amplificateur optique, G, est simplement défini comme le rapport entre la puissance du signal de sortie et la puissance du signal d'entrée. Le bruit est généralement quantifié par le facteur de bruit optique, F qui est le rapport entre le rapport signal sur bruit au port de sortie et le rapport signal sur bruit au port d'entrée.An optical amplifier is an optical device capable of coherently amplifying optical radiation (eg photons). The device (1000) consists of an optical structure that incorporates a medium with optical gain, which enables an optical amplification process. The gain medium must be excited to provide optical gain. It involves a transfer of energy from an energy source to the gain medium by an optical, electrical or chemical process. An optical amplifier has input and output ports (100, 101). In such a device, an optical signal is introduced into the input port (100) so that it propagates through the structure interacting with the gain medium and undergoes optical amplification before being extracted from the device via the output port (101). The gain of an optical amplifier, G, is simply defined as the ratio of the output signal power to the input signal power. Noise is usually quantified by the optical noise figure, F which is the ratio of the signal-to-noise ratio at the output port to the signal-to-noise ratio at the input port.
La
- un amplificateur optique adapté pour amplifier un rayonnement optique (1000) ;- an optical amplifier adapted to amplify optical radiation (1000);
- un couplage d'entrée configuré pour recevoir un signal optique ayant une longueur d'onde dans une plage prédéterminée (100);- an input coupling configured to receive an optical signal having a wavelength within a predetermined range (100);
- un miroir d’entrée face clivée, traitée antireflet, perpendiculairement à l'axe longitudinal du guide (200);- a cleaved face entrance mirror, anti-reflective treatment, perpendicular to the longitudinal axis of the guide (200);
- un guide d'ondes optique (500) ayant une extrémité couplée optiquement au couplage d'entrée (100), et au couplage de sortie (101), le guide d'ondes optique (500) comprend un ou plusieurs matériaux ayant une permittivité relative complexe et dimensionnée de telle sorte que le rayonnement optique du signal optique se couple aux transistors à effet de champ et se propage le long de l’axe principal du guide;- an optical waveguide (500) having one end optically coupled to the input coupling (100), and to the output coupling (101), the optical waveguide (500) comprises one or more materials having a permittivity relative complex and dimensioned such that the optical radiation of the optical signal couples to the field-effect transistors and propagates along the main axis of the guide;
- un réseau de transistor à effet de champ entourant le guide et constitué d'un matériau pouvant avoir une permittivité relative complexe (600, 60n);- a field effect transistor network surrounding the guide and made of a material which may have a complex relative permittivity (600, 60n);
- un miroir de sortie face clivée, traitée antireflet, perpendiculairement à l'axe longitudinal du guide (201);- a cleaved face output mirror, antireflection treated, perpendicular to the longitudinal axis of the guide (201);
- un couplage de sortie couplé optiquement au guide d'ondes optique (101).- an output coupling optically coupled to the optical waveguide (101).
La
Il comporte :It comprises :
- des électrodes (660, 680, 690), permettant d'injecter un courant électrique I;- electrodes (660, 680, 690), making it possible to inject an electric current I;
- un substrat semi-conducteur 630 constitué d'un premier matériau semi-conducteur de type N, compris entre les électrodes 660, 680, 690;- a semiconductor substrate 630 consisting of a first N-type semiconductor material, included between the electrodes 660, 680, 690;
- une couche de confinement 620, constituée du même premier matériau, mais avec un dopage P+ opposé à celui du substrat 630;- a confinement layer 620, made of the same first material, but with a P+ doping opposite to that of the substrate 630;
- un guide optique 500, actif sur toute sa longueur, et dont l'axe longitudinal est parallèle aux électrodes 660, 680, 690; constitué d'un second matériau semi-conducteur dont la maille est accordée avec celle du premier matériau et qui a un indice de réfraction plus grand que celui du premier matériau;- an optical guide 500, active over its entire length, and whose longitudinal axis is parallel to the electrodes 660, 680, 690; consisting of a second semiconductor material whose mesh is matched with that of the first material and which has a greater refractive index than that of the first material;
- un réseau de transistor à effet de champ s'étendant tout le long du guide 500; et gravé périodiquement dans une partie de l'épaisseur de la couche 620;- A field effect transistor network extending all along the guide 500; and periodically etched into a portion of the thickness of layer 620;
- deux faces clivées, 200 et 201, traitées antireflets, terminant le substrat 630, perpendiculairement à- two cleaved faces, 200 and 201, anti-reflective treatment, terminating the substrate 630, perpendicular to
l'axe longitudinal du guide 500.the longitudinal axis of the guide 500.
La longueur du guide 500 est inférieure à celle du substrat 630, pour que les deux extrémités du guide 500 constituent deux fenêtres enterrées dans le substrat 630 à une certaine distance des faces 200 et 201 respectivement.The length of the guide 500 is less than that of the substrate 630, so that the two ends of the guide 500 constitute two windows buried in the substrate 630 at a certain distance from the faces 200 and 201 respectively.
Le guide 500 est réalisé par un procédé classique pour réaliser un amplificateur optique à semi-conducteur. Il est réalisé, par exemple, en InGaAsP pour une utilisation en infrarouge.Guide 500 is made by a conventional method for making a semiconductor optical amplifier. It is made, for example, of InGaAsP for use in infrared.
Le substrat 630 est par exemple en In-P.The substrate 630 is for example made of In-P.
Ils peuvent être réalisés par un procédé classique d'épitaxie par jet moléculaire, ou en phase vapeur.They can be produced by a conventional method of epitaxy by molecular beam, or in the vapor phase.
Un signal optique d'entrée noté Pi est appliqué à extrémité du guide 500 à travers la face 200. Un signal optique amplifié noté Ps émerge de la face 201.An input optical signal denoted Pi is applied to the end of guide 500 through face 200. An amplified optical signal denoted Ps emerges from face 201.
Le pas du réseau de transistors à effet de champ est choisi de telle façon que le fonctionnement de l’amplificateur soit dans la plage spectrale d'amplification du matériau semi-conducteur du guide actif 500. Le réseau de transistors à effet de champ réfléchit toute onde se propageant le long du guide 500. Les dimensions du réseau de transistors à effet de champ et sa distance vis-à-vis du guide 500 déterminent le coefficient de couplage entre le mode guidé par le guide 500 et le dit réseau. Ce coefficient de couplage est choisi de telle façon qu'il y ait oscillation, et que le gain nécessaire à l'oscillation ait une valeur élevée, par exemple 30 dB (valeur attendue pour le gain).The pitch of the network of field effect transistors is chosen such that the operation of the amplifier is in the spectral amplification range of the semiconductor material of the active guide 500. The network of field effect transistors reflects any wave propagating along the guide 500. The dimensions of the network of field effect transistors and its distance vis-à-vis the guide 500 determine the coupling coefficient between the mode guided by the guide 500 and said network. This coupling coefficient is chosen such that there is oscillation, and that the gain necessary for the oscillation has a high value, for example 30 dB (expected value for the gain).
Les faces 200 et 201 sont traitées antireflets pour supprimer les pertes de Fresnel. En outre, les faces 200 et 201 doivent être traitées anti-reflets pour que l'amplificateur fonctionne en ondes progressives, en dehors de la bande de la raie d'oscillation. Pour obtenir de faibles valeurs de réflectivité des faces 200 et 201, inférieures à 1. Il peut être nécessaire d'interrompre le guide actif 500 avant les faces 200 et 201, pour constituer des fenêtres enterrées.The faces 200 and 201 are treated with antireflection to eliminate Fresnel losses. In addition, the faces 200 and 201 must be anti-reflection treated so that the amplifier operates in traveling waves, outside the band of the oscillation line. To obtain low reflectivity values of the faces 200 and 201, less than 1. It may be necessary to interrupt the active guide 500 before the faces 200 and 201, to form buried windows.
L'exemple de réalisation représenté sur la
La longueur totale du guide est inférieure à celle du substrat, de telle sorte que les extrémités du guide sont à l'intérieur du substrat et constituent des fenêtres enterrées dans le substrat à une certaine distance des faces clivées.The total length of the guide is less than that of the substrate, such that the ends of the guide are inside the substrate and constitute windows buried in the substrate at a certain distance from the cleaved faces.
Le fait que le champ engendré par le réseau de transistor à effet de champ soit plus uniforme permet d'améliorer la constance du gain de l'amplificateur.The fact that the field generated by the field effect transistor network is more uniform makes it possible to improve the constancy of the gain of the amplifier.
La
La figure 4 représente un exemple autre de réalisation de l'amplificateur selon l'invention.FIG. 4 represents another embodiment of the amplifier according to the invention.
Il comporte :It comprises :
- des électrodes (660, 680, 690), permettant d'injecter un courant électrique I;- electrodes (660, 680, 690), making it possible to inject an electric current I;
- un substrat semi-conducteur 630 constitué d'un matériau semi-conducteur de type P;- a semiconductor substrate 630 made of a P-type semiconductor material;
- une couche de confinement 620, constituée d’un matériau, mais avec un dopage N opposé à celui du substrat 630;- a confinement layer 620, consisting of a material, but with an N doping opposite to that of the substrate 630;
- un guide optique 500, actif sur toute sa longueur, et dont l'axe longitudinal est parallèle aux électrodes 660, 680, 690; constitué d'un second matériau semi-conducteur dont la maille est accordée avec celle du premier matériau et qui a un indice de réfraction plus grand que celui du premier matériau;- an optical guide 500, active over its entire length, and whose longitudinal axis is parallel to the electrodes 660, 680, 690; consisting of a second semiconductor material whose lattice is matched with that of the first material and which has a greater refractive index than that of the first material;
- un réseau de transistor à effet de champ s'étendant tout le long du guide 500; et gravé périodiquement dans une partie de l'épaisseur de la couche 620;- A field effect transistor network extending all along the guide 500; and periodically etched into a portion of the thickness of layer 620;
- deux faces clivées, 200 et 201, traitées antireflets, terminant le substrat 630, perpendiculairement à- two cleaved faces, 200 and 201, anti-reflective treatment, terminating the substrate 630, perpendicular to
l'axe longitudinal du guide 500.the longitudinal axis of the guide 500.
La longueur du guide 500 est inférieure à celle du substrat 630, pour que les deux extrémités du guide 500 constituent deux fenêtres enterrées dans le substrat 630 à une certaine distance des faces 200 et 201 respectivement. Le guide 500 est réalisé par un procédé classique pour réaliser un amplificateur optique à semi-conducteur. Le substrat 630 est par exemple en p-Si. Ils peuvent être réalisés par un procédé classique d'épitaxie par jet moléculaire, ou en phase vapeur.The length of the guide 500 is less than that of the substrate 630, so that the two ends of the guide 500 constitute two windows buried in the substrate 630 at a certain distance from the faces 200 and 201 respectively. Guide 500 is made by a conventional method for making a semiconductor optical amplifier. The substrate 630 is for example made of p-Si. They can be produced by a conventional method of epitaxy by molecular beam, or in the vapor phase.
Un signal optique d'entrée noté Pi est appliqué à extrémité du guide 500 à travers la face 200. Un signal optique amplifié noté Ps émerge de la face 201.An input optical signal denoted Pi is applied to the end of guide 500 through face 200. An amplified optical signal denoted Ps emerges from face 201.
Cet exemple d’amplificateur avec un réseau de transistors à effet de champ de cette composition à la particularité de comporter un gaz d’électrons 2D. Ces électrons présentent une très grande mobilité électronique et peuvent inter-agir avec des photons ou des plasmons ou des phonons.This example of an amplifier with a network of field effect transistors of this composition has the particularity of comprising a 2D electron gas. These electrons have a very high electronic mobility and can interact with photons or plasmons or phonons.
Le pas du réseau de transistors à effet de champ est choisi de telle façon que le fonctionnement de l’amplificateur soit dans la plage spectrale d'amplification du matériau semi-conducteur du guide actif 500. Le réseau de transistors à effet de champ réfléchit toute onde se propageant le long du guide 500. Les dimensions du réseau de transistors à effet de champ et sa distance vis-à-vis du guide 500 déterminent le coefficient de couplage entre le mode guidé par le guide 500 et le dit réseau. Ce coefficient de couplage est choisi de telle façon qu'il y ait oscillation, et que le gain nécessaire à l'oscillation ait une valeur élevée, par exemple 30 dB (valeur attendue pour le gain).The pitch of the network of field effect transistors is chosen such that the operation of the amplifier is in the spectral amplification range of the semiconductor material of the active guide 500. The network of field effect transistors reflects any wave propagating along the guide 500. The dimensions of the network of field effect transistors and its distance vis-à-vis the guide 500 determine the coupling coefficient between the mode guided by the guide 500 and said network. This coupling coefficient is chosen such that there is oscillation, and that the gain necessary for the oscillation has a high value, for example 30 dB (expected value for the gain).
Procédé de fabrication de l’invention:Manufacturing process of the invention:
Plusieurs procédés peuvent être utilisés dans la formation de l’amplificateur conjointement avec la présente invention. Des détails spécifiques concernant un procédé de gravure peuvent être trouvés dans le brevet américain No. 5,484,740 publié le 16 janvier 1996 et le brevet américain No. 5,619,064, publié le 8 avril 1997, les deux étant cités ici uniquement à titre de référence.Several methods can be used in forming the enhancer in conjunction with the present invention. Specific details regarding an etching process can be found in U.S. Patent No. 5,484,740 issued January 16, 1996 and U.S. Patent No. 5,619,064, issued April 8, 1997, both of which are incorporated herein by reference only.
D’autres procédés de fabrication de l’amplificateur peuvent être la croissance VLS (vapeur-liquide-phase unique) ou l’épitaxie en phase vapeur (CVD). A titre d’exemple, à base d’hydrogène gazeux, 2 % de gaz silane et 2 % de gaz germane peuvent être utilisés comme matière première. Comme gaz de dopage, un gaz phosphine dilué à 100 ppm d’hydrogène peut être utilisé pour obtenir un type n. L’arsine peut être utilisée comme dopant. Le substrat peut être chauffé entre 300 et 500 ° C environ, et du gaz silane peut être fourni dans un état de pression réduite de 5 Torr. Le taux de croissance peut être de l’ordre de 2 nm / s. Chaque couche a une épaisseur de 10 à 150 nm.Other methods of making the enhancer can be VLS (vapor-liquid-single-phase) growth or vapor-phase epitaxy (CVD). For example, based on hydrogen gas, 2% silane gas and 2% germane gas can be used as raw material. As a doping gas, a phosphine gas diluted with 100 ppm hydrogen can be used to obtain an n-type. Arsine can be used as a dopant. The substrate can be heated to approximately 300-500°C, and silane gas can be supplied in a reduced pressure state of 5 Torr. The growth rate can be on the order of 2 nm/s. Each layer has a thickness of 10 to 150 nm.
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01143382A (en) | 1987-11-30 | 1989-06-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical amplifier |
EP0639876A1 (en) | 1993-08-20 | 1995-02-22 | Alcatel N.V. | Optical semiconductor amplifier with reduced non-linearity |
US5484740A (en) | 1994-06-06 | 1996-01-16 | Motorola, Inc. | Method of manufacturing a III-V semiconductor gate structure |
US20040206959A1 (en) * | 2003-03-12 | 2004-10-21 | Heeger Alan J. | Injection lasers fabricated from semiconducting polymers |
US20130093352A1 (en) * | 2011-10-07 | 2013-04-18 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Opto-Electronic Devices And Methods |
US20140050242A1 (en) * | 2012-08-17 | 2014-02-20 | Geoff W. Taylor | Optoelectric Integrated Circuit |
-
2020
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01143382A (en) | 1987-11-30 | 1989-06-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Optical amplifier |
EP0639876A1 (en) | 1993-08-20 | 1995-02-22 | Alcatel N.V. | Optical semiconductor amplifier with reduced non-linearity |
US5484740A (en) | 1994-06-06 | 1996-01-16 | Motorola, Inc. | Method of manufacturing a III-V semiconductor gate structure |
US5619064A (en) | 1994-06-06 | 1997-04-08 | Motorola, Inc. | III-V semiconductor gate structure and method of manufacture |
US20040206959A1 (en) * | 2003-03-12 | 2004-10-21 | Heeger Alan J. | Injection lasers fabricated from semiconducting polymers |
US20130093352A1 (en) * | 2011-10-07 | 2013-04-18 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Opto-Electronic Devices And Methods |
US20140050242A1 (en) * | 2012-08-17 | 2014-02-20 | Geoff W. Taylor | Optoelectric Integrated Circuit |
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