一种基于混合集成技术的啁啾管理激光器制造技术

本发明专利技术属于光器件领域，公开了一种基于混合集成技术的啁啾管理激光器，解决现有啁啾管理激光器难以进行更高的调制速率传输以及更远距离传输的问题，该结构包括无源反馈激光器和微环谐振滤波器，无源反馈激光器由DFB激光器和相位调制器组成。DFB激光器用于产生单频光信号。相位调制器用于实现对光信号的频率调制。微环谐振滤波器用于对经过调制的光载波进行重新整形，实现光信号的频率调制到幅度调制的转换。相比于其他类型的啁啾管理激光器，本发明专利技术激光器结构可以减小激光器的瞬态啁啾，调制信号速率也不受DFB激光器的弛豫谐振频率限制，因此不需要设计优化DFB激光器结构，即可实现25Gb/s、40Gb/s等更高的速率和更远的传输距离。

Chirp management laser based on hybrid integrated technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合集成技术的啁啾管理激光器
本专利技术涉及一种啁啾管理直接调制激光器，特别是一种基于混合集成技术的啁啾管理激光器，属于光器件领域。
技术介绍
近年来，由于高清视频、数据中心、智能家居、虚拟现实技术等业务的迅速发展，人们对通信网络的带宽、传输速率、传输距离等需求越来越高。作为光通信网络的核心器件，高速光发射芯片一直是人们研究的重点。光发射芯片主要包括基于直接调制格式的分布反馈(DFB)激光器和基于外调制格式的电吸收调制激光器(EML)等。其中，EML具有消光比高、啁啾低等优势，适于40km以上的远距离传输，但是器件结构复杂、功耗高、成本高，限制了其在光通信网络中的大规模应用。DFB激光器具有功耗低、制作简单、成本低等优势，但也受到瞬态啁啾大、消光比低等因素的限制，只适于应用在10km以内的短距离传输系统。为了解决DFB激光器瞬态啁啾大、消光比低的问题，一种啁啾管理激光器结构被提出，使得低功耗、低成本、结构简单的DFB激光器应用于远距离传输领域成为可能。该结构主要包括DFB激光器和无源光学整形滤波器两部分，当给DFB激光器加NRZ等脉冲调制信号时，激光器会产生瞬态、绝热等频率啁啾，光学整形滤波器的作用是将激光器产生的频率调制信号转换为幅度调制信号，通过滤波器的边沿滤波效应即可实现频率调制到幅度调制的转换，增加激光器的色散容差和提高消光比性能。目前，啁啾管理激光器已经成功应用于10Gb/s、200km的光通信传输系统。但是这种啁啾管理激光器如果不对DFB激光器的材料结构进行优化设计，很难进行更高的调制速率传输，如25Gb/s、40Gb/s，主要是由于当调制信号速率较高时，DFB激光器往往需要更大的偏置和调制电流，以获得更大的弛豫谐振频率，这样会增加器件的瞬态啁啾和恶化器件的性能。较大的瞬态啁啾会增加光纤传输系统的色散功率代价和误码率，难以实现远距离传输。另外，DFB激光器的调制速率直接受激光器的弛豫谐振频率限制，要想获得更高的调制信号速率，DFB激光器的材料结构需要优化设计，从而增加成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于混合集成技术的啁啾管理激光器，解决现有啁啾管理激光器难以进行更高的调制速率传输以及更远距离传输的问题。在该结构中调制信号加在相位调制器区域，通过改变相位调制器波导结构的折射率，实现对光信号的频率调制。由于调制信号加在无源区域，激光器的瞬态啁啾大大降低，可实现更远距离传输，另外，调制速率也不受DFB激光器的弛豫谐振频率限制，可以实现25Gb/s、40Gb/s等更高的速率。本专利技术的技术方案是提供一种基于混合集成技术的啁啾管理激光器，其特殊之处在于：包括无源反馈激光器和微环谐振滤波器；上述无源反馈激光器包括对接的DFB激光器和相位调制器；上述相位调制器的波导材料带隙宽度大于DFB激光器波导材料的带隙宽度；上述DFB激光器为有源器件，用于产生稳定的单频光信号；上述相位调制器为无源器件，用于通过调制其波导区域的折射率，实现单频光信号的频率调制；上述微环谐振滤波器为无源器件，用于对经过频率调制的光信号进行重新整形，实现光信号从频率调制到幅度调制的转换，从而提高DFB激光器的消光比性能。进一步地，上述微环谐振滤波器包括两条直波导和一个环形波导；上述两条直波导在同一平面内相互平行，上述环形波导位于两条直波导之间；两条直波导与环形波导之间的光信号通过倏逝场进行耦合。进一步地，上述的微环谐振滤波器包括四个输入输出端口，分别为：输入端口、直通端口、下载端口和上载端口；其中一条直波导的两端分别为输入端口及直通端口；另一条直波导的两端分别为下载端口和上载端口；其中，经过频率调制的光信号从输入端口进入微环谐振滤波器，经过重新整形的光信号从直通端口输出。进一步地，上述的无源反馈激光器和微环谐振滤波器通过混合集成的方式集成。进一步地，微环谐振滤波器的基底材料为硅或其它无源波导材料；所述无源反馈激光器的基底材料为Ⅲ-Ⅴ族材料。进一步地，上述DFB激光器与相位调制器之间设有隔离槽，用于实现DFB激光器与相位调制器之间的电隔离。进一步地，DFB激光器与相位调制器实现单片集成的方案为对接生长技术、非对称双波导集成技术、量子阱混杂技术或其他有源无源集成技术。上述基于混合集成技术的啁啾管理激光器的具体工作原理如下：在无源反馈激光器的DFB激光器区域加偏置电流，产生稳定的单频光信号；在相位调制器区域加反向偏压和调制信号，实现其波导区域快速的折射率调制，进而实现对单频光信号快速的频率调制。当相位调制器区域的波导材料带隙宽度比DFB激光器区域大很多时，由相位调制器的折射率调制引起的波导损耗几乎可以忽略，此时，在无源反馈激光器中，只有信号的频率调制，几乎没有幅度调制。因此，在这种无源反馈激光器结构中，调制信号速率不受DFB激光器的弛豫谐振频率限制，只受相位调制器区域的寄生阻抗影响，因此，通过合理设计相位调制器的结构参数，使得相位调制器区域的寄生阻抗降低，激光器的调制速率就会提高，因而可能会实现25Gb/s、40Gb/s等较高的调制速率。微环谐振滤波器对经过调制的光载波进行重新整形，实现频率调制到幅度调制的转换，减小激光器的瞬态啁啾，提高信号的消光比。相比于体积巨大、装配工艺复杂的etalon标准具等滤波器结构，微环谐振滤波器结构具有结构紧凑、带宽窄、品质因子高、且适于与激光器集成等优势。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术基于混合集成技术的啁啾管理激光器结构，相比于其他类型的啁啾管理激光器结构，通过改变相位调制器区域波导的折射率，实现对光信号的频率调制，可以减小激光器的瞬态啁啾，实现25Gb/s、40Gb/s等更高的速率和更远的传输距离。(2)本专利技术基于混合集成技术的啁啾管理激光器结构，相比于其他类型的啁啾管理激光器结构，调制信号速率也不受DFB激光器的弛豫谐振频率限制，因此不需要设计优化DFB激光器结构，即可实现25Gb/s、40Gb/s等更高的速率传输。(3)本专利技术基于混合集成技术的啁啾管理激光器结构中，滤波器采用微环谐振滤波器结构，相比于etalon标准具等滤波器结构，具有结构紧凑，带宽窄，品质因子高，适于与激光器集成等优势。(4)本专利技术基于混合集成技术的啁啾管理激光器结构，相比于其他类型的啁啾管理激光器结构，无源反馈激光器通过混合集成的方式与微环谐振滤波器进行集成。无源反馈激光器和微环谐振滤波器可以采用不同的材料结构，分别进行优化，从而实现最佳的性能。(5)本专利技术基于混合集成技术的啁啾管理激光器结构，具有功耗低、消光比高、调制速率高、传输距离远等优势，是远距离光通信传输领域极具竞争力的器件。附图说明图1为本专利技术的基于混合集成技术的啁啾管理激光器结构；图2为基于混合集成技术的啁啾管理激光器的原理示意图；图3为无源反馈激光器结构示意图；图中附图标记为：1-无源反馈激光器，11-DFB激光器，12-相位调制器，1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合集成技术的啁啾管理激光器，其特征在于：包括无源反馈激光器和微环谐振滤波器；/n所述无源反馈激光器包括对接的DFB激光器和相位调制器；所述相位调制器的波导材料带隙宽度大于DFB激光器波导材料的带隙宽度；/n所述DFB激光器为有源器件，用于产生稳定的单频光信号；/n所述相位调制器为无源器件，用于通过调制其波导区域的折射率，实现单频光信号的频率调制；/n所述微环谐振滤波器为无源器件，用于对经过频率调制的光信号进行重新整形，实现光信号从频率调制到幅度调制的转换。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于混合集成技术的啁啾管理激光器，其特征在于：包括无源反馈激光器和微环谐振滤波器；
所述无源反馈激光器包括对接的DFB激光器和相位调制器；所述相位调制器的波导材料带隙宽度大于DFB激光器波导材料的带隙宽度；
所述DFB激光器为有源器件，用于产生稳定的单频光信号；
所述相位调制器为无源器件，用于通过调制其波导区域的折射率，实现单频光信号的频率调制；
所述微环谐振滤波器为无源器件，用于对经过频率调制的光信号进行重新整形，实现光信号从频率调制到幅度调制的转换。


2.根据权利要求1所述的基于混合集成技术的啁啾管理激光器，其特征在于：所述微环谐振滤波器包括两条直波导和一个环形波导；所述两条直波导在同一平面内相互平行，所述环形波导位于两条直波导之间；两条直波导与环形波导之间的光信号通过倏逝场进行耦合。


3.根据权利要求2所述的基于混合集成技术的啁啾管理激光器，其特征在于：所述的微环谐振滤波器包括输入端口、直通端口、下载端口和上载端口；
其中一条直波...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭菲，范修宏，马云振，徐之光，程东，
申请(专利权)人：西安奇芯光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61