一种混合集成外腔可调激光器制造技术

本发明专利技术公开一种混合集成外腔可调激光器，包括：增益管芯阵列及光波导芯片；光波导芯片包括：滤波器、波导开关阵列、反射组件阵列；滤波器包括：相移器以及级联网络，级联网络由若干呈多级次连接的马赫曾德干涉仪构成；波导开关阵列包括：设置于级联网络各个光输出支路中的波导，波导为基于PIN结构的可调光吸收波导。通过设定基于马赫曾德干涉仪级联网络的网络参数改变滤波器的光谱特性，同时利用波导开关阵列控制波导的吸收系数以控制光路的通断，从而实现波长通道的选择和波长的调节，并通过热调进一步实现大范围波长精细调谐，具有体积小、插损小、集成度高、易于扩展、调谐范围宽且可连续调谐的优点。可连续调谐的优点。可连续调谐的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种混合集成外腔可调激光器


[0001]本专利技术涉及光通信及激光雷达
，尤其涉及一种混合集成外腔可调激光器。

技术介绍

[0002]集成可调谐激光器的其中一种技术方案为硅基激光器，硅基激光器主要有外延生长、硅基异质集成等方案。外延生长是指在硅基芯片上外延生长增益管芯，由于不同材料的匹配问题，生长缺陷多，难度很大，目前还处于研究阶段。硅基异质集成是指将增益管芯直接键合在硅基芯片上，集成度高，但是需要特殊的芯片设计和工艺条件，工艺复杂，故障率高。
[0003]为解决上述问题，本领域技术人员提出硅基混合集成技术方案，具体是将增益管芯与硅光芯片耦合构成外腔激光器，增益管芯与硅光芯片可单独优化性能，封装工艺成熟，成品率高。公开号为WO2016095265A1的一种基于阵列波导光栅的混合集成外腔可调激光器，通过半导体增益芯片与基于阵列波导光栅的光波导芯片端面耦合构成可调谐激光器，通过改变反射波导阵列的反射实现波长通道的选择，但此方案采用非热敏感的阵列波导光栅，尺寸大，插损大，不利于器件的小型化；除此之外，此方案难以实现激光器波长的精细调节。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种混合集成外腔可调激光器。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：/>[0006]本专利技术提供一种混合集成外腔可调激光器，包括：光波导芯片，所述光波导芯片包括：滤波器及波导开关阵列；
[0007]所述滤波器包括：相移器以及级联网络；所述级联网络由若干呈多级次连接的马赫曾德干涉仪构成，所述马赫曾德干涉仪其中一个臂上设置用于调节干涉仪滤波光谱的相位调节元件，另一个臂上形成用于决定干涉仪自由光谱范围的两臂长度差；所述相移器设置于所述级联网络的输入光路上；
[0008]所述波导开关阵列包括：设置于所述级联网络各个光输出支路中的波导，所述波导为基于PIN结构的可调光吸收波导，通过是否向所述波导施加电流以控制所述级联网络各个光输出支路的通断。
[0009]其中，所述呈多级次连接是指，位于当前级次的马赫曾德干涉仪的两个输出端分别与位于较高一级次的两个相邻马赫曾德干涉仪的其中一个输入端连接，马赫曾德干涉仪的另一个输入端为终结端口。
[0010]进一步的，所述的一种混合集成外腔可调激光器，还包括：由至少一个且中心波长互不相同的半导体增益管芯构成的增益管芯阵列，所述半导体增益管芯与所述光波导芯片通过耦合器耦合。
[0011]进一步的，所述光波导芯片还包括：设置于所述级联网络各个光输出支路中的反射单元，所述级联网络将所述反射单元输出的反射光导通至所述增益管芯阵列。
[0012]其中，所述反射单元为全反射环形镜。
[0013]其中，所述反射单元包括：布拉格光栅以及与所述布拉格光栅对应的加热元件；设置于所述级联网络各个光输出支路中的各个所述布拉格光栅的周期互不相同，通过调节所述加热元件改变所述布拉格光栅的反射光谱。
[0014]进一步的，相邻所述加热元件之间设置热隔离槽。
[0015]进一步的，所述滤波器还包括：第一周期性光谱产生结构、第二周期性光谱产生结构、分光器以及两个激光输出端口；所述第一周期性光谱产生结构及所述两个激光输出端口设置于所述级联网络的输入光路上；所述分光器将其中一个激光输出端口的输出光分出一部分至所述第二周期性光谱产生结构。
[0016]其中，所述第一周期性光谱产生结构以及所述第二周期性光谱产生结构为MZI、法布里珀罗干涉仪、微环及与该微环对应的加热器中的一种或几种。
[0017]进一步的，所述半导体增益管芯的前端面镀有反射膜，所述半导体增益管芯的后端面与所述光波导芯片耦合且镀有抗反膜。
[0018]本专利技术所带来的有益效果：通过设定基于马赫曾德干涉仪级联网络的网络参数改变滤波器的光谱特性，同时利用波导开关阵列控制波导的吸收系数以控制光路的通断，从而实现波长通道的选择和波长的调节，并通过热调进一步实现大范围波长精细调谐，具有体积小、插损小、集成度高、易于扩展、调谐范围宽且可连续调谐的优点。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0020]图1是本专利技术激光器的结构框图；
[0021]图2为本专利技术级联网络的结构示意图；
[0022]图3为当调节图2中的第一马赫曾德干涉仪、第二马赫曾德干涉仪、第四马赫曾德干涉仪的相移区相位，使波长从第一输出端口输出时三个马赫曾德干涉仪的上端输出端口的光谱特性；
[0023]图4为本专利技术激光器在其中一实施例中的结构示意图；
[0024]图5为滤波器的滤波谱主峰曲线图；
[0025]图6为激光器波长调谐示意图；
[0026]图7为增益管芯阵列拓展示意图；
[0027]图8为本专利技术激光器在另一实施例中的结构示意图；
[0028]图9为本专利技术激光器透射谱示意图；
[0029]图10为本专利技术布拉格光栅的布置示意图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图对本专利技术实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]在一些说明性的实施例中，如图1、4、7、8、10所示，本专利技术提供一种混合集成外腔可调激光器，具体地说是一种采用半导体增益管芯与硅基光波导器件芯片混合集成的外腔可调谐激光器，该激光器包括：增益管芯阵列及光波导芯片2。
[0032]增益管芯阵列由至少一个半导体增益管芯1构成，阵列中各个半导体增益管芯1中心波长互不相同，且各个半导体增益管芯1通过耦合器3与光波导芯片2耦合。
[0033]半导体增益管芯1与光波导芯片2通过耦合器3耦合，以构成本专利技术的混合集成外腔可调激光器。半导体增益管芯1的前端面101镀有反射膜，根据出光需求调整其反射率。半导体增益管芯1的后端面102与光波导芯片2耦合，且后端面102采用弯曲波导并加镀有抗反膜，以减小激光器内部的反射。
[0034]光波导芯片2包括：滤波器4、波导开关阵列6、反射组件阵列7。
[0035]滤波器4包括：相移器5以及级联网络，级联网络由若干呈多级次连接的马赫曾德干涉仪构成，相移器5设置于级联网络的输入光路上。相移器5通过改变邻近波导的折射率调节激光器谐振腔的相位，实现激光器的稳定工作和波长的精细调节。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合集成外腔可调激光器，包括：光波导芯片，其特征在于，所述光波导芯片包括：滤波器及波导开关阵列；所述滤波器包括：相移器以及级联网络；所述级联网络由若干呈多级次连接的马赫曾德干涉仪构成，所述马赫曾德干涉仪其中一个臂上设置用于调节干涉仪滤波光谱的相位调节元件，另一个臂上形成用于决定干涉仪自由光谱范围的两臂长度差；所述相移器设置于所述级联网络的输入光路上；所述波导开关阵列包括：设置于所述级联网络各个光输出支路中的波导，所述波导为基于PIN结构的可调光吸收波导，通过是否向所述波导施加电流以控制所述级联网络各个光输出支路的通断。2.根据权利要求1所述的一种混合集成外腔可调激光器，其特征在于，所述呈多级次连接是指，位于当前级次的马赫曾德干涉仪的两个输出端分别与位于较高一级次的两个相邻马赫曾德干涉仪的其中一个输入端连接，马赫曾德干涉仪的另一个输入端为终结端口。3.根据权利要求2所述的一种混合集成外腔可调激光器，其特征在于，还包括：由至少一个且中心波长互不相同的半导体增益管芯构成的增益管芯阵列，所述半导体增益管芯与所述光波导芯片通过耦合器耦合。4.根据权利要求3所述的一种混合集成外腔可调激光器，其特征在于，所述光波导芯片还包括：设置于所述级联网络各个光输出支路中的反射单元，所述级联网络将所述反射单元输出的反射光导通至所述增益管...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓波，方舟，蔡鹏飞，
申请(专利权)人：NANO科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：