片上波长锁定器制造技术

一种片上波长锁定器可以包括光波导分光器，用于分离从激光器接收的输入光信号。片上波长锁定器可以包括多个集成周期性光学元件，每个用于接收由所述光波导分光器分离所述输入光信号之后的所述输入光信号的相应部分，以及基于所述输入光信号的相应部分，提供多个周期性输出光信号中的相应的周期性输出光信号。所述多个周期性输出光信号中的每个周期性输出光信号相对于所述多个周期性输出光信号中的其它周期性输出光信号偏移相位。片上波长锁定器可以包括多个集成光电二极管，用于接收与波长锁定激光器相关联的所述多个周期性输出光信号。

On-Chip Wavelength Locker

【技术实现步骤摘要】
片上波长锁定器
本公开涉及集成(即，片上)光波导设备，且更具体地涉及一种集成光波导设备，其形成用于与例如波长锁定激光器相关联地使用的一组相位偏移的周期性输出光信号。
技术介绍
商用激光器(例如，电信激光器)可以在如由国际电信联盟(ITU)规定的离散光学频率(即信道)的网格上操作。可以借助于外部频率基准(本文称为波长锁定器)实现将激光器的频率锁定至给定的信道。一种传统的波长锁定器包括单个标准具(例如，法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)标准具)和一组光学检测器。这种设备在本文中称为单标准具波长锁定器。在操作中，一组光学检测器测量标准具(其是固有周期性的)的反射或透射。标准具的周期被称为自由光谱范围(FSR)，并且通常被选择为匹配信道间隔(例如，50千兆赫(GHz)间隔)，尽管可以使用整数倍间距或等分间距。可以确定和调整激光的频率(根据需要)，使得激光器在给定的信道工作。然而，使用单标准具波长锁定器不能将波长可靠地锁定到任意波长，因为给定标准具的光谱具有周期性间隔的峰和谷。这些峰和谷导致“死”区(即，灵敏度降低的区域)，在“死”区中波长锁定可能是不可靠的或不可行的。另一种传统的波长锁定器包括一对标准具和一组光学检测器。这种设备在本文中称为双标准具波长锁定器。双标准具波长锁定器解决了具有周期性间隔的峰和谷的给定标准具的光谱问题。在双标准具波长锁定器中，第二标准具的光谱通常相对于第一标准具的光谱偏移大约FSR的四分之一。在双标准具波长锁定器的操作中，当所需频率落入一标准具的光谱的“死”区内时，使用另一个标准具，反之亦然。因此，对于任意波长可以实现波长锁定，因为理论上不存在与双标准具波长锁定器相关联的“死”区。传统波长锁定器的另一种实施方式包括传统的延迟线干涉仪(delaylineinterferometer，DLI)。传统的DLI可以采用例如马赫-曾德尔(Mach-Zehnder，MZ)干涉仪、迈克尔逊(Michelson)干涉仪等的形式。传统的DLI可以由分立的光学元件构成，或者可以是光波导设备。传统的DLI接收输入光信号并使用一组分光器和一组反射光学元件产生一对输出光信号。每个输出光信号中的光功率取决于传统DLI的“臂”之间的光路长度的差异和光的波长。在此，由于光路长度的差异是已知的，可以基于输出光信号执行波长锁定。然而，这种传统的DLI具有与单标准具波长锁定器类似的问题，因为传统DLI的光谱中的峰和谷导致“死”区，这使得使用传统DLI的任意波长锁定是不可靠或不可能的。
技术实现思路
根据一些可能的实施方式，一种片上波长锁定器可以包括：光波导分光器，其分离从激光器接收的输入光信号；具有周期性波长相关性的多个集成光学元件(本文称为集成周期性光学元件)，每个用于：接收由所述光波导分光器分离所述输入光信号之后的所述输入光信号的相应部分，以及基于所述输入光信号的相应部分，提供多个周期性输出光信号中的相应的周期性输出光信号，其中，所述多个周期性输出光信号中的每个周期性输出光信号相对于所述多个周期性输出光信号中的其它周期性输出光信号偏移相位；以及多个集成光电二极管，用于接收与波长锁定激光器相关联的所述多个周期性输出光信号。根据一些可能的实施方式，一种集成光波导设备可以包括：光波导分光器，其分离输入光信号；多个集成周期性光学元件，每个用于：接收由所述光波导分光器分离所述输入光信号之后的所述输入光信号的相应部分，以及基于所述输入光信号的相应部分，提供多个周期性输出光信号中的相应的周期性输出光信号，其中，所述多个周期性输出光信号中的每个周期性输出光信号相对于所述多个周期性输出光信号中的其它周期性输出光信号偏移相位。根据一些可能的实施方式，一种集成光学设备可以包括：光波导分光器，用于分离输入光信号；多个集成周期性光学元件，每个用于：接收由所述光波导分光器分离所述输入光信号之后的所述输入光信号的相应部分，以及基于所述输入光信号的相应部分，提供多个周期性输出光信号中的相应的周期性输出光信号，其中，所述多个周期性输出光信号中的每个周期性输出光信号相对于所述多个周期性输出光信号中的其它周期性输出光信号偏移相位；以及多个光电二极管，用于接收所述多个周期性输出光信号，其中，满足以下一个：所述光波导分光器包括1×2多模干涉(MMI)耦合器，所述多个集成周期性光学元件包括N×N(N≥3)MMI耦合器，并且所述多个光电二极管包括N个光电二极管；或者，所述光波导分光器包括1×M(M≥2)波导分光器，所述多个集成周期性光学元件包括M个集成周期性光学元件，并且所述多个光电二极管包括M对光电二极管，其中，所述M个集成周期性光学元件中的一个包括2×2波导耦合器和反射镜结构，以及其中，所述M对光电二极管中的一个包括反射感测光电二极管和透射感测光电二极管。附图说明图1是本文描述的示例集成光波导设备的示意图。图2A-2C、3A-3B和4A-4D是示例集成光波导设备的示意图，其包括呈1×2MMI耦合器形式的波导分光器，以及呈N×N(N>1)多模干涉(MMI)耦合器形式的集成周期性光学元件。图5A-5C是示例集成光波导设备的示意图，其包括呈1×M(M≥2)波导分光器形式的波导分光器，以及M个集成周期性光学元件，每个集成周期性光学元件包括2×2波导耦合器和反射镜结构。具体实施方式以下对示例实施方式的详细描述参考附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元件。如上所述，传统的基于标准具的波长锁定器包括一个或两个标准具。然而，标准具是体光学元件，且基于标准具的波长锁定器无论是否包括一个或两个标准具都包括其他分立的光学元件(例如，一个或多个分束器，一个或多个透镜，和/或其它)。这些分立的光学元件可以小型化以便节省尽可能多的空间，但原则上，基于标准具的波长锁定器是自由空间分立光学系统。因此，与任何自由空间分立光学系统的情况一样，使用拾放机器以及无源和有源光学对准的组合逐个部件地执行组装。分立的光学元件通常用环氧树脂或焊料固定就位。除了构建这种设备所需的这种缓慢、复杂和资本设备繁重的组装过程之外，基于标准具的波长锁定器还有几个缺点。基于标准具的波长锁定器的一个缺点是，与要进行波长锁定的激光器的尺寸相比，(多个)标准具的尺寸可能不期望地大。例如，50Ghz二氧化硅标准具的长度约为2毫米(mm)，而激光器的长度可以是亚毫米(即小于1mm)的范围。结果，基于标准具的波长锁定器所需的空间量可能是不期望的或不可行的，特别是在具有严格空间限制的应用中。基于标准具的波长锁定器的另一个缺点是基于标准具的波长锁定器和激光器之间的高度不匹配可能需要混合集成，从而增加了构建过程的额外时间、成本和复杂性。基于标准具的波长锁定器的另一个缺点是光路对振动敏感，这会影响锁定环的操作，从而降低性能。类似地，基于标准具的波长锁定器的光路对灰尘和冷凝敏感，这可能需要气密密封，从而增加了构建过程的时间、成本、复杂性，并且增加尺寸。基于标准具的波长锁定器的另一个缺点是混合集成的权衡通常要求基于标准具的波长锁定器位于激光器的前面(即，在激光器的输出部的前面)，这使得基于标准具的波长锁定器易受光学反馈的影响。另外，对任何波长锁定器的操作的典型要求包括温度和机械应力(如果有的话)的稳定性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种片上波长锁定器，包括：光波导分光器，其分离从激光器接收的输入光信号；多个集成周期性光学元件，每个用于：接收由所述光波导分光器分离所述输入光信号之后的所述输入光信号的相应部分，以及基于所述输入光信号的相应部分，提供多个周期性输出光信号中的相应的周期性输出光信号，其中，所述多个周期性输出光信号中的每个周期性输出光信号相对于所述多个周期性输出光信号中的其它周期性输出光信号偏移相位；以及多个集成光电二极管，用于接收与波长锁定激光器相关联的所述多个周期性输出光信号。

【技术特征摘要】
2018.01.18 US 62/618,969;2019.01.09 US 16/243,7991.一种片上波长锁定器，包括：光波导分光器，其分离从激光器接收的输入光信号；多个集成周期性光学元件，每个用于：接收由所述光波导分光器分离所述输入光信号之后的所述输入光信号的相应部分，以及基于所述输入光信号的相应部分，提供多个周期性输出光信号中的相应的周期性输出光信号，其中，所述多个周期性输出光信号中的每个周期性输出光信号相对于所述多个周期性输出光信号中的其它周期性输出光信号偏移相位；以及多个集成光电二极管，用于接收与波长锁定激光器相关联的所述多个周期性输出光信号。2.根据权利要求1所述的片上波长锁定器，其中，所述输入光信号从所述激光器的背侧接收。3.根据权利要求1所述的片上波长锁定器，其中，所述片上波长锁定器和所述激光器集成在单个的芯片上。4.根据权利要求1所述的片上波长锁定器，其中，所述光波导分光器包括1×2多模干涉(MMI)耦合器，所述多个集成周期性光学元件包括N×N(N≥2)MMI耦合器，并且所述多个集成光电二极管包括N个光电二极管。5.根据权利要求4所述的片上波长锁定器，其中，1×2MMI耦合器中的第一输出端口经由第一波导耦合至所述N×NMMI耦合器的第一输入端口，并且，1×2MMI耦合器中的第二输出端口经由第二波导耦合至所述N×NMMI耦合器的第二输入端口，其中，所述第二波导的长度大于所述第一波导的长度。6.根据权利要求5所述的片上波长锁定器，其中，N×NMMI耦合器的第二输入端口不是所述N×NMMI耦合器的第一输入端口的对称等同端口。7.根据权利要求4所述的片上波长锁定器，其中，N×NMMI耦合器是3×3MMI耦合器、4×4MMI耦合器、或5×5MMI耦合器。8.根据权利要求1所述的片上波长锁定器，其中，所述光波导分光器包括1×M(M≥2)波导分光器，所述多个集成周期性光学元件包括M个集成周期性光学元件，并且所述多个集成光电二极管包括M对集成光电二极管，其中，所述M个集成周期性光学元件中的一个包括2×2波导耦合器和反射镜结构，以及其中，所述M对集成光电二极管中的一个包括反射感测光电二极管和透射感测光电二极管。9.根据权利要求8所述的片上波长锁定器，其中，所述反射镜结构包括至少一个2脉冲、采样光栅、分布式布拉格反射器(SGDBR)反射镜。10.根据权利要求8所述的片上波长锁定器，还包括偏置加热器，用于与相位偏移周期性输出光信号相关地、非对称地加热包括在所述M个集成周期性光学元件中的一个中的反射镜结构。11.根据权利要求8所述的片上波长锁定器，还包括温度传感器，用于测量所述片上波长锁定器的温度。12.根据权利要求8所述的片上波长锁定器，其中，所述反射器结构包括第一反射镜和第二反射镜，每个耦合至所述透射感测光电二极管，其中，所述1×M波导分光器的输出端口耦合到所述2×2波导耦合器...

【专利技术属性】
技术研发人员：JM希顿，KP佩特罗夫，
申请(专利权)人：朗美通经营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US