一种超长调谐范围的片上窄线宽激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种超长调谐范围的片上窄线宽激光器，包括：两个以上半导体光放大器、至少一个光开关、至少一个光耦合器、至少三个带调谐电极的微环谐振器、多个模斑转换器、一个Sagnac环结构以及一个监测反馈控制系统：其中多个半导体光放大器通过模斑转换器实现模场匹配耦合进基于低损耗硅、氮化硅或铌酸锂等材料外腔中，各光路通过光开关控制通断，通过光耦合器与微环一连接，其后多个微环级联，最后一个微环与Sagnac环相连通，各微环直波导端口统一规整至外腔端面，通过波导阵列输出到监测反馈控制系统中。本发明专利技术通过多微环及多SOA设计增大增益波段和外腔的波长可调谐范围，可以完成超宽带可调谐窄线宽激光器的实现。完成超宽带可调谐窄线宽激光器的实现。完成超宽带可调谐窄线宽激光器的实现。

【技术实现步骤摘要】
一种超长调谐范围的片上窄线宽激光器


[0001]本专利技术涉及半导体激光器领域，具体涉及一种超长调谐范围的片上窄线宽激光器，其是通过多微环级联谐振腔结构扩展外腔波长可调谐范围，同时利用光开关与多个SOA相连，扩展增益波段，最终实现超宽调谐范围的窄线宽激光输出。

技术介绍

[0002]近年来，随着半导体激光器的发展，目前被广泛用于相干光通信和相干光探测等领域，具有极高的科研前景和应用潜力。
[0003]目前而言，大多数片上窄线宽激光器结构，均是采用的双环和单SOA的外腔结构，这种结构由于要兼顾边模抑制比，故而使得波长可调谐范围受到制约；而如果仅仅增加微环的数量，一方面会使得系统结构对环境的敏感性增加，影响其工作稳定性，另一方面，就算能兼顾边模抑制比和调谐范围，也会受制与SOA的波长增益范围，故而目前窄线宽激光器的可调谐范围均局限于100nm以内，一般是40nm左右。而其他结构的激光器如果要满足宽调谐范围，会牺牲可集成性能或者输出线宽无法保证。
[0004]为解决上述问题，本专利技术通过采用的多微环谐振腔结构，并通过片上集成光开关使得外腔可与多个增益波段的SOA相连，使得可调谐范围得到极大拓宽。同时，由于工作时在同一个高Q值微环构成的外腔下，激光器输出线宽受到影响较小，可以在保证窄线宽输出的同时，具有极宽的可调谐范围。本专利技术的片上集成可调谐的窄线宽激光器在可调谐频宽、输出线宽等方面明显优于目前方案，可实现5KHz线宽下超过200nm的连续波长输出。

技术实现思路

[0005]本专利技术一种超长调谐范围的片上窄线宽激光器采用多微环谐振腔结构并通过片上集成光开关使得外腔可与多个增益波段的SOA相连的方式，在保证激光器片上集成性能和窄线宽的输出质量的同时，可实现可调谐范围得到极大拓宽，解决了目前的片上集成窄线宽激光器在连续波可调谐范围上的限制。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：一种超长调谐范围的片上窄线宽激光器，包括多个SOA半导体光放大器1、硅基外腔芯片以及第一监测反馈系统6a、第二监测反馈系统6b，所述硅基外腔芯片包括光开关阵列2、相位调制器3、三个或以上微环谐振腔(第一带调谐结构的add
‑
drop微环4a、第二带调谐结构的add
‑
drop微环4b、第三带调谐结构的add
‑
drop微环4c、或更多的add
‑
drop微环结构4d)和Sagnac环5；所述光开关阵列2通过波导分别与多个SOA半导体光放大器1相连，端面耦合处采用模斑转换器201使得波导与SOA出射光场的模场相匹配，所述模斑转换器201、光开关阵列2、相位调制器3、三个或以上微环谐振腔(第一带调谐结构的add
‑
drop微环4a、第二带调谐结构的add
‑
drop微环4b、第三带调谐结构的add
‑
drop微环4c、或更多的add
‑
drop微环结构4d)与Sagnac环5以波导依次级联；所述三个或以上微环谐振腔(第一带调谐结构的add
‑
drop微环4a、第二带调谐结构的add
‑
drop微环4b、第三带调谐结构的add
‑
drop微环4c、或更多的add
‑
drop微环结构4d)采用Add
‑
Drop结构，耦合直波
导各端口通过光纤阵列耦合进第一监测反馈系统6a、第二监测反馈系统6b。
[0007]进一步地，所述微环谐振腔(第一带调谐结构的add
‑
drop微环4a、第二带调谐结构的add
‑
drop微环4b、第三带调谐结构的add
‑
drop微环4c、或更多的add
‑
drop微环结构4d)带有调谐装置，其调谐方式包括热光、电光、压电调谐方式。
[0008]进一步地，一个硅基外腔芯片与多个SOA半导体光放大器1相连，外腔内通过三环及以上结构极大拓宽激光器可调谐范围和压缩输出激光线宽。
[0009]进一步地，所述最后一级微环谐振腔(第三带调谐结构的add
‑
drop微环4c或更多的add
‑
drop微环结构4d)一个端口通过波导直接相连构成Sagnac环5，一个端口与下一级微环相连，其余端口通过模斑转换器耦合进第一监测反馈系统6a、第二监测反馈系统6b。
[0010]进一步地，所述硅基外腔芯片采用硅基衬底的低损耗硅、氮化硅、铌酸锂材料工艺平台。
[0011]进一步地，光源采用SOA半导体光放大器1时，对应耦合器选用模斑转换器；采用将所述光源内部靠近芯片端波导弯曲7～9
°
的方式，达到所述光源的输出光线方向与所述耦合器端面法线偏移7～9
°
，从而降低端面回波信号影响。
[0012]进一步地，所述SOA半导体光放大器1与所述硅基外腔芯片之间通过flip
‑
chip形式键合。
[0013]进一步地，各微环谐振腔(第一带调谐结构的add
‑
drop微环4a、第二带调谐结构的add
‑
drop微环4b、第三带调谐结构的add
‑
drop微环4c、或更多的add
‑
drop微环结构4d)的自由光谱范围为：FSR＝λ2/n
g
L，其中λ为微环调制器的谐振波长，FSR为微环调制器的相邻谐振峰的波长间隔，n
g
为微环调制器波导群折射率，L为微环周长；多个微环谐振腔至少有三个微环周长相差在30％以内。
[0014]进一步地，各微环谐振腔(第一带调谐结构的add
‑
drop微环4a、第二带调谐结构的add
‑
drop微环4b、第三带调谐结构的add
‑
drop微环4c、或更多的add
‑
drop微环结构4d)通过游标效应采用共振波长，并通过如热调谐、电调谐方式使得各微环的谐振中心波长移动，用以选择波长；所述激光器最大波长调谐范围取决于各微环的自由光谱范围，其中，三微环结构最大调谐范围可以通过公式计算：
[0015]FSR＝FSR1·
FSR2·
FSR3/FSR1·
FSR2+FSR2·
FSR3‑
FSR1·
FSR3‑
FSR2·
FSR3[0016]其中，FSR为微环谐振腔(第一带调谐结构的add
‑
drop微环4a、第二带调谐结构的add
‑
drop微环4b、第三带调谐结构的add
‑
drop微环4c、或更多的add
‑
drop微环结构4d)的相邻谐振峰的波长间隔，FSR1，FSR2，FSR3分别为三个微环的自由光谱范围，FSR1>FSR2>FSR3且波长间隔较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超长调谐范围的片上窄线宽激光器，其特征在于：包括多个SOA半导体光放大器(1)、硅基外腔芯片以及第一监测反馈系统(6a)、第二监测反馈系统(6b)，所述硅基外腔芯片包括光开关阵列(2)、相位调制器(3)、三个或以上微环谐振腔和Sagnac环(5)；所述光开关阵列(2)通过波导分别与多个SOA半导体光放大器(1)相连，端面耦合处采用模斑转换器(201)进行模场匹配，所述光开关阵列(2)、相位调制器(3)、三个或以上微环谐振腔与Sagnac环(5)以波导依次级联；所述三个或以上微环谐振腔采用Add
‑
Drop结构，耦合直波导各端口通过光纤阵列耦合进第一监测反馈系统(6a)、第二监测反馈系统(6b)。2.如权利要求1所述的一种超长调谐范围的片上窄线宽激光器，其特征在于：所述微环谐振腔带有调谐装置，其调谐方式包括热光、电光、压电调谐方式。3.如权利要求2所述的一种超长调谐范围的片上窄线宽激光器，其特征在于：一个硅基外腔芯片与多个SOA半导体光放大器(1)相连，外腔内通过三环及以上结构极大拓宽激光器可调谐范围和压缩输出激光线宽。4.如权利要求3所述的一种超长调谐范围的片上窄线宽激光器，其特征在于：所述最后一级微环谐振腔一个端口通过波导直接相连构成Sagnac环(5)结构，一个端口与下一级微环相连，其余端口通过模斑转换器耦合进第一监测反馈系统(6a)、第二监测反馈系统(6b)。5.如权利要求4所述的一种超长调谐范围的片上窄线宽激光器，其特征在于：所述硅基外腔芯片采用硅基衬底的低损耗硅、氮化硅、铌酸锂材料工艺平台。6.如权利要求5所述的一种超长调谐范围的片上窄线宽激光器，其特征在于：光源采用SOA半导体光放大器(1)时，对应耦合器选用模斑转...

【专利技术属性】
技术研发人员：李喜琪，夏银尉，胡江涛，李敏，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：