本发明专利技术公开了一种宽光谱片上集成外腔可调谐激光器，涉及半导体激光器技术领域，其技术要点：包括有源部和无源部，有源部包括热沉，热沉上设置有增益芯片以及有源输出波导；无源部包括无源衬底、合束器以及无源输出波导，无源衬底上设有氧化硅盖层，氧化硅盖层上设有多个氮化硅波导与多个氮化硅微环，各氮化硅微环上设有微环加热器，至少一条氮化硅波导设为与增益芯片直接耦合的无源输入波导，无源输入波导与有源输出波导相连接，氮化硅波导与氮化硅微环组成多条用于光路通过的通路，多条通路通过合束器与无源输出波导相连接；本发明专利技术通过氮化硅波导、氮化硅微环及其上的微环加热器的变换，可实现更大范围的波长调谐。可实现更大范围的波长调谐。可实现更大范围的波长调谐。
【技术实现步骤摘要】
一种宽光谱片上集成外腔可调谐激光器
[0001]本专利技术涉及半导体激光器
，尤其是涉及一种宽光谱片上集成外腔可调谐激光器。
技术介绍
[0002]可调谐激光器(tunablelaser)是指在一定范围内可以连续改变激光输出波长的激光器。这种激光器的用途广泛，可用于光谱学、光化学、医学、生物学、集成光学、污染监测、半导体材料加工、光器件特性评价、光集成回路测试、量子光学信息处理和通信。
[0003]近年来，随着相干光通信技术以及光电传感等技术的发展，高性能的可调谐激光器变得越来越不可或缺，对可调谐激光器提出了宽调谐范围、窄线宽、小体积、低成本等诸多特性指标要求。当前，能够满足上述特性要求的可调谐激光器技术方案主要分为单片集成型(内腔型)和外腔型两大类。
[0004]单片集成型(内腔型)指构成光腔的反射镜以及滤波结构与增益区间都集成在一块III
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V族芯片上，在III
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V族芯片上常用的滤波以及反射结构为布拉格光栅。这种类型的激光器的集成工艺难度较大、反馈控制较为复杂导致成本非常高昂，而且内腔式窄线宽激光器的输出功率普遍较低，线宽较宽。
[0005]外腔型窄线宽激光器指反射镜以及滤波结构与增益介质分别为独立的部件，通过耦合封装的方式实现激光输出，当前市场上的外腔式窄线宽激光器输出线宽普遍小于内腔式激光器，另外，外腔式窄线宽激光器对于增益介质的工艺要求较低，仅依靠半导体光放大器芯片即可制作。
[0006]但是现有外腔型窄线宽激光器具有一定的技术问题：比如无法较好地实现宽谱可调谐的功能。
[0007]现有公开号为CN114937920A的一种窄线宽可调外腔激光器，包括光源和硅基外腔芯片，所述硅基外腔芯片包括耦合器、相位调制器、马赫
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曾德尔结构与闭合萨格纳克反射器。通过硅基衬底的SOI、SiN、SiON或SiO2材料工艺平台实现硅基外腔芯片的片上集成，达到机械性能佳，同时实现外腔激光器的小型化和低成本且不发生跳模现象的技术效果；通过热调谐使得第一硅基微环调制器和第二硅基微环调制器的自由光谱范围移动来选择波长，达到宽波长调谐范围的技术效果；通过第一硅基微环调制器和第二硅基微环调制器输出高Q值，以达到窄线宽输出的技术效果。
[0008]上述技术可实现宽波长调谐，但是现有技术依旧存在调谐范围不够大的问题。随着技术的不断发展。将化合物半导体技术与硅基光电子学二者结合，提供一种宽谱可调谐的新一代集成外腔可调谐激光器成为可能。
技术实现思路
[0009]本专利技术的目的在于提供一种宽光谱片上集成外腔可调谐激光器，可实现更大范围的波长调谐。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0011]一种宽光谱片上集成外腔可调谐激光器，包括有源部和无源部，所述有源部包括热沉，所述热沉上设置有增益芯片以及有源输出波导，所述有源输出波导与增益芯片耦合连接；所述无源部包括无源衬底、合束器以及无源输出波导，所述无源衬底上设有氧化硅盖层，所述氧化硅盖层上设有多个氮化硅波导与多个氮化硅微环，各所述氮化硅微环上设有微环加热器，其中至少一条所述氮化硅波导设为与增益芯片直接耦合的无源输入波导，所述无源输入波导与有源输出波导相连接；所述增益芯片用于将电能转换为光路，所述有源输出波导用于将光路输出到无源输入波导，所述氮化硅波导与氮化硅微环组成多条用于光路通过的通路，多条所述通路通过合束器与无源输出波导相连接，多条所述通路内的光路汇聚到合束器内，光路最后由所述无源输出波导输出。
[0012]通过采用上述方案，该宽光谱片上集成外腔可调谐激光器包括有源部和无源部，通过增益芯片与无源输入波导直接对接耦合，实现高效连接。第一条光路的通路为：有源输出波导将增益芯片通过电流注入产生的光，输出到无源芯片输入波导之后一路通过多个氮化硅波导与氮化硅微环耦合到合束器上，这其中通过变化氮化硅微环上的微环加热器加热电极电压，可实现波长选择；第二光路的通路由不同的氮化硅波导与氮化硅微环的组合构成，该通路汇聚到合束器，这其中通过变化对应氮化硅微环上的微环加热器加热电极电压，可实现波长选择。第三通路与第二通路原理相同，从而实现波长选择；其余若干路也同样如此，这多条通路可根据波长范围需要，进行灵活切换。每路一般可覆盖50
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60纳米的波长范围，如果是三条通路，三路可覆盖150
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180纳米的波长范围。与现有技术相比，本专利技术通过氮化硅波导、氮化硅微环及其上的微环加热器的变换，可实现更大范围的波长调谐。
[0013]优选的，所述热沉的材料为钨铜、无氧铜、氮化铝或硅片中的一种或多种组合，所述热沉的厚度小于1毫米，长度与宽度均大于2毫米，所述热沉上沉积有用于与增益芯片粘接的金锡焊料。
[0014]优选的，所述热沉与增益芯片通过InP衬底相黏连，所述增益芯片材料为InP/AlGaInAs，所述增益芯片设为三明治结构，所述增益芯片由上下两层的InP盖层包裹着AlGaInAs多段级联量子阱组成，该三明治结构生长在InP衬底上，所述InP衬底厚度为100
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120微米，所述三明治结构的厚度为2
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4微米，上下两层所述InP盖层厚度为1
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1.5微米，夹在中间的所述AlGaInAs多段级联量子阱的厚度为0.1
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0.5微米；所述AlGaInAs多段级联量子阱通过三组多量子阱级联而成，各组所述多量子阱的增益谱覆盖范围为50
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60纳米，三组所述多量子阱的增益谱覆盖范围为150
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180纳米；所述三明治结构通过光刻腐蚀工艺形成弯曲波导结构并与有源输出波导相连接，所述有源输出波导的宽度为2
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4微米且长度为500
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00微米，所述有源输出波导一端镀有高反膜，所述高反膜的反射率大于90％，所述有源输出波导另一端呈弯曲状，其偏角与水平呈6
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10度，所述有源输出波导弯曲状一端的端面镀有小于0.1％反射率的第一增透膜，所述有源输出波导上布有用于电流输入的电极。
[0015]优选的，所述无源衬底厚度为100
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120微米，所述无源衬底的材料为硅材料。
[0016]优选的，所述氧化硅盖层厚度为3
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6微米，所述氧化硅盖层包裹着氮化硅波导。
[0017]优选的，所述氮化硅波导上下两侧设有氧化硅，所述氮化硅波导下层的氧化硅厚度为2
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4微米，所述氮化硅波导宽度为1
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3微米，高度为0.2
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1微米，所述氮化硅波导上层的氧化硅厚度为1
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2微米；所述氮化硅波导的氧化硅通过低压等离子增强气相外延生长。
[0018]优选的，所述氮化硅微环与氮化硅波导的材料相同，且处于同一层，所述氮化硅微环的半径范围为100
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150微米，所述氮化硅微环的宽度范围为1...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种宽光谱片上集成外腔可调谐激光器，其特征在于：包括有源部和无源部，所述有源部包括热沉(100)，所述热沉(100)上设置有增益芯片(101)以及有源输出波导(102)，所述有源输出波导(102)与增益芯片(101)耦合连接；所述无源部包括无源衬底(103)、合束器(108)以及无源输出波导(109)，所述无源衬底(103)上设有氧化硅盖层(104)，所述氧化硅盖层(104)上设有多个氮化硅波导(105)与多个氮化硅微环(106)，各所述氮化硅微环(106)上设有微环加热器(107)，其中至少一条所述氮化硅波导(105)设为与增益芯片(101)直接耦合的无源输入波导，所述无源输入波导与有源输出波导(102)相连接；所述增益芯片(101)用于将电能转换为光路，所述有源输出波导(102)用于将光路输出到无源输入波导，所述氮化硅波导(105)与氮化硅微环(106)组成多条用于光路通过的通路，多条所述通路通过合束器(108)与无源输出波导(109)相连接，多条所述通路内的光路汇聚到合束器(108)内，光路最后由所述无源输出波导(109)输出。2.根据权利要求1所述的一种宽光谱片上集成外腔可调谐激光器，其特征在于：所述热沉(100)的材料为钨铜、无氧铜、氮化铝或硅片中的一种或多种组合，所述热沉(100)的厚度小于1毫米，长度与宽度均大于2毫米，所述热沉(100)上沉积有用于与增益芯片(101)粘接的金锡焊料。3.根据权利要求1所述的一种宽光谱片上集成外腔可调谐激光器，其特征在于：所述热沉(100)与增益芯片(101)通过InP衬底相黏连，所述增益芯片(101)材料为InP/AlGaInAs，所述增益芯片(101)设为三明治结构，所述增益芯片(101)由上下两层的InP盖层包裹着AlGaInAs多段级联量子阱组成，该三明治结构生长在InP衬底上，所述InP衬底厚度为100
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120微米，所述三明治结构的厚度为2
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4微米，上下两层所述InP盖层厚度为1
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1.5微米，夹在中间的所述AlGaInAs多段级联量子阱的厚度为0.1
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0.5微米；所述AlGaInAs多段级联量子阱通过三组多量子阱级联而成，各组所述多量子阱的10增益谱覆盖范围为50
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60纳米，三组所述多量子阱的增益谱覆盖范围为150
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180纳米；所述三明治结构通过光刻腐蚀工艺形成弯曲波导结构并与有源输出波导(102)相连接，所述有源输出波导(102)的宽度为2
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4微米且长度为500
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00微米，所述有源输出波导(102)一端镀有高反膜，所述高反膜的反射率大于90％，所述有源输出波导(102)另一端...
【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，徐鹏飞，
申请(专利权)人：无锡华兴光电研究有限公司，
类型：发明
国别省市：
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