基于复合MZI及反射光栅的波长可调谐激光器制造技术

本发明专利技术公开了基于复合MZI及反射光栅的波长可调谐激光器，包括有源增益芯片、无源光子芯片，无源光子芯片内的波导包括输入波导、第一耦合器、第二耦合器、第一波导臂、第二波导臂和输出波导；输入波导上具有激光产生相位调节区段；第一波导臂上具有第一反射镜区段，第二波导臂上具有第二反射镜区段；第一耦合器与第一反射镜区段或第二反射镜区段之间设有激光耦合相位调节区段；第二耦合器与第一反射镜区段或第二反射镜区段之间设有激光功率相位调节区段；每个区段均设有电极；通过择一改变第一反射镜区段、或第二反射镜区段的波导折射率，并进一步调节激光产生相位调节区段，实现激光输出波长的步幅式调谐。本发明专利技术可以持续地或有选择地改变输出波长，并可覆盖很宽的波长范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体激光器，特别涉及ー种基于复合MZI及反射光栅的波长可调谐激光器。
技术介绍
波分复用技术(WDM)在光纤光通讯系统中已广泛应用。波分复用的光电转调器包 含一个激光器，一个调制器，一个接收器和相关的电子设备。波分复用转换器的运行可通过一个近红外波长在1550nm的固定波长激光器实现。由于很易于操作和高度可靠性，分布反馈式(DFB)激光器在波分复用传输系统广泛地应用。在DFB激光器中，提供光学反馈的衍射光栅位于整个增益共振腔的上方，这样激光会在固定波长下获得一个稳定的单模振荡。并且，在低数字速率的信息传输也可通过直接对DFB激光器调制实现。波分多路系统的构成实施是通过在每个ITU (国际电信联盟)规定的每一波长通道格点上使用一个激光器。然而，DFB激光器不具有较宽的波长调谐范围，因此，必须对每个波长使用不同的激光器，这便导致了昂贵的波长管理的成本，同时要求很大的余料库存来随时解决激光器故障等问题。为了克服现有DFB激光器的这ー缺点同时获得大范围波长单模运行，可调谐激光器应运而生。可调谐激光器就是单个激光器的波长变化可覆盖很多ITU规定的波长通道，并在应用中根据需要可随时变化到所需波长通道。因此，一个可调谐激光器可以为很多波长通道做光源备份，需要作为WDM转换器库存备件的激光器会大量減少。可调谐激光器还可在波分复用的定位中提供灵活的方案，即可以根据需要将某些波长通道从光网中添补加或移除。相应地，可调谐激光器可以帮助运营商在整个光纤网络中有效地进行波长管理。可调谐激光器可以被大致分为两大类一类的调谐机制由激光器元件内部提供，另ー类的调谐机制由激光器元件外提供。传统的可调谐激光器方案的代表为DBR(分布布拉格反射镜)激光器,它的特点是产生增益的有源区和产生反射的DBR区在同一个激光元件中形成，但是它的可调谐范围不宽，一般不超过10nm。此外,MZI (March-Zehnder Interferometer,马赫-曾德尔光学干涉仪)包括两个三分贝耦合器和两个波导臂，三分贝耦合器呈Y形，两波导臂的一端通过其中ー个三分贝耦合器耦合连接，两波导臂的另一端通过另外ー个三分贝耦合器耦合连接。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供ー种基于复合MZI及反射光栅的波长可调谐激光器，可以持续地或有选择地改变输出波长，并可覆盖很宽的波长范围。本专利技术的目的通过以下技术方案实现ー种基于复合MZI及反射光栅的波长可调谐激光器，包括用于产生宽带自发辐射光子的有源増益芯片，用于外腔反馈及产生可调谐波长的无源光子芯片，有源増益芯片和无源光子芯片内各具有波导，两个芯片经波导芯耦合对接，所述无源光子芯片内的波导包括输入波导、第一稱合器、第二稱合器、第一波导臂、第二波导臂和输出波导，所述输入波导的一端与有源増益芯片内的波导耦合对接，输入波导的另一端经第一耦合器耦合后分别连接第一波导臂和第二波导臂的一端，第一波导臂和第二波导臂的另一端经第二耦合器耦合后连接输出波导；所述输入波导上具有激光产生相位调节 区段；所述第一波导臂上具有第一反射镜区段，所述第二波导臂上具有第二反射镜区段；所述第一耦合器与第一反射镜区段或第二反射镜区段之间设有激光耦合相位调节区段；所述第二耦合器与第一反射镜区段或第二反射镜区段之间设有激光功率相位调节区段；每个区段均设有对应的用于改变波导折射率的电极；通过择ー改变第一反射镜区段、或第二反射镜区段的波导折射率，两个反射镜区段的反射峰分布中的波长位置随之改变；选择性地使两个反射镜区段反射峰分布中的某一波长处于重叠，再改变激光耦合相位调节区段的波导折射率，使光子在该重叠处波长获得相干相长的最大反射反馈，并进ー步调节激光产生相位调节区段，以获得激光产生的位相条件，在该波长产生激光；通过重复使第一反射镜区段和第二反射镜区段的其余反射峰的重叠，并相应调节激光耦合相位调节区段和激光产生相位调节区段，从而实现激光输出波长的选择性步幅式调谐；再通过调节激光功率相位调节区段，从而调节输出激光的功率水平。在上述某一波长处于重叠的基础上，再同步改变两个反射镜区段和激光耦合相位调节区段的波导折射率，使上述重叠处两个反射峰的波长位置同步移动，产生波峰重叠处波长的连续变化，并相应调节激光产生相位调节区段，以获得激光产生的位相条件，从而实现输出激光波长的连续式调谐。本专利技术所述第一反射镜区段的反射镜选用一个取样光栅或ー个超结构光栅；所述第二反射镜区段的反射镜由至少两个中心波长各不相同的波导布拉格光栅组合而成，第二反射镜区段的电极对应分设于姆个波导布拉格光栅的波导上。本专利技术所述第一反射镜区段的反射镜由至少两个中心波长各不相同的波导布拉格光栅组合而成，第一反射镜区段的电极对应分设于姆个波导布拉格光栅的波导上；所述第二反射镜区段的反射镜选用一个取样光栅或ー个超结构光柵。本专利技术所述第一反射镜区段的反射镜和第二反射镜区段的反射镜均选用取样光栅或超结构光栅；第一反射镜区段的反射镜和第二反射镜区段的反射镜具有不同的梳状反射峰分布。本专利技术所述第一反射镜区段的反射镜由至少两个中心波长各不相同的波导布拉格光栅组合而成，第一反射镜区段的电极对应分设于姆个波导布拉格光栅的波导上；所述第二反射镜区段的反射镜也由至少两个中心波长各不相同的波导布拉格光栅组合而成，第ニ反射镜区段的电极对应分设于姆个波导布拉格光栅的波导上；第一反射镜区段的反射镜和第二反射镜区段的反射镜具有不同的反射峰分布。本专利技术所述第二耦合器与第一反射镜区段或第二反射镜区段之间设有激光功率相位调节区段，该相位调节区段设有对应的用于改变波导折射率的电极，通过对应电极调节激光功率相位调节区段，从而调节输出激光的功率水平。本专利技术所述有源増益芯片与无源光子芯片的耦合端面镀有抗反射膜，有源増益芯片的另一端面镀有高反射膜。本专利技术所述的各个电极设于相应波导芯的上包层的表面；或者设于相应波导芯两侧的波导包层表面。本专利技术所述波导布拉格光栅的数量与取样光栅或超结构光栅的梳状分布中的反射峰数量匹配；各波导布拉格光栅组成的反射峰波长分布及反射強度均接近于取样光栅或超结构光栅的梳状反射峰。与现有技术相比，该专利技术技术具有以下优点I)本专利技术的激光器可通过操作无源光子芯片上反射光栅之间的两个光谱响应来进行波长选择，实现了较大范围激光输出波长的分步或连续调谐；2)通过光学调谐通过在芯片上电极的热或电效应来改变波导折射率，从而不需要机械变动，因此无移动元件；3)本专利技术由于采用了外腔结构和较长的谐振腔，保证了该激光器的线宽大大窄于传统可调谐DFB或DBR激光器，窄线宽是下一代40G/100相干通信的ー种关键指标；4)本专利技术由于芯片的外腔结构，避免了传统的微光元器件和エ艺复杂的组装过程，保证了该激光器可以采用微电子半导体エ艺进行大規模生产，具有明显的性能和价格优势。附图说明图I为本专利技术具体实施方式一的俯视结构原理示意图；图2为图I中第一反射镜区段的反射镜(实线)和第二反射镜区段的反射镜(虚线)反射峰的波谱示意图；图3为经调谐图2中ー个反射镜实现某一反射峰重叠后的波谱示意图；图4为本专利技术具体实施方式ニ的俯视结构原理示意图；图5为图4中第一反射镜区段的反射镜(实线)和第二反射镜区段的反射镜(虚线)反射峰的波谱示意图；图6为经调谐后图5中其中ー本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种基于复合MZI及反射光栅的波长可调谐激光器，包括用于产生宽带自发辐射光子的有源増益芯片，用于外腔反馈及产生可调谐波长的无源光子芯片，有源増益芯片和无源光子芯片内各具有波导，两个芯片经波导芯耦合对接，其特征在于所述无源光子芯片内的波导包括输入波导、第一稱合器、第二稱合器、第一波导臂、第二波导臂和输出波导，所述输入波导的一端与有源增益芯片内的波导稱合对接，输入波导的另一端经第一稱合器I禹合后分别连接第一波导臂和第二波导臂的一端，第一波导臂和第二波导臂的另一端经第二耦合器耦合后连接输出波导； 所述输入波导上具有激光产生相位调节区段；所述第一波导臂上具有第一反射镜区段，所述第二波导臂上具有第二反射镜区段；所述第一耦合器与第一反射镜区段或第二反射镜区段之间设有激光耦合相位调节区段；所述第二耦合器与第一反射镜区段或第二反射镜区段之间设有激光功率相位调节区段；每个区段均设有对应的用于改变波导折射率的电极； 通过择ー改变第一反射镜区段、或第二反射镜区段的波导折射率，两个反射镜区段的反射峰分布中的波长位置随之改变；选择性地使两个反射镜区段反射峰分布中的某一波长处于重叠，再改变激光耦合相位调节区段的波导折射率，使光子在该重叠处波长获得相干相长的最大反射反馈，并进ー步调节激光产生相位调节区段，在该波长产生激光； 通过重复使第一反射镜区段和第二反射镜区段的其余反射峰的重叠，并相应调节激光耦合相位调节区段和激光产生相位调节区段，从而实现激光输出波长的选择性步幅式调谐； 再通过调节激光功率相位调节区段，从而调节输出激光的功率水平。2.根据权利要求I所述的基于复合MZI及反射光栅的波长可调谐激光器，其特征在于所述第一反射镜区段的反射镜选用一个取样光栅或ー个超结构光栅；所述第二反射镜区段的反射镜由至少两个中心波长各不相同的波导布拉格光栅组合而成，第二反射镜区段的电极对应分设于姆个波导布拉格光栅的波导上。3.根据权利要求I所述的基于复合MZI及反射光栅的波长可调谐激光器，其特征在于所述第一反射镜区段的反射镜由至少两个中心波长各不相同的波导布拉格光栅组合而成，第一反射镜区段的电极对应分设于姆个波导布拉格光栅的波导上；所述第二反射镜区段的反射镜选用一个取样光栅或ー个超结构光柵。4.根据权利要求I所述的基于复合MZI及反射光栅的波长可调谐激光器，其特征在于所述第一反射镜区段的反射镜和第二反射镜区段的反射镜均选用取样光栅或超结构光栅；第一反射镜区段的反射镜和第二反射镜区段的反射镜具有不同的梳状反射峰分布。5.根据权利要求I所述的基于复合MZI及反射光栅的波长可调谐激光器，其特征在于所述第一反射镜区段的反射镜由至少两个中心波长各不相同的波导布拉格光栅组合而成，第一反射镜区段的电极对应分设于姆个波导布拉格光栅的波导上；所述第二反射镜区段的反射镜也由至少两个中心波长各不相同的波导布拉格光栅组合而成，第二反射镜区段的电极对应分设于每个波导布拉格光栅的波导上；第一反射镜区段的反射镜和第二反射镜区段的反射镜具有不同的反射峰分布。6.根据权利要求1-5任一项所述的基于复合MZI及反射光栅的波长可调谐激光器，其特征在干所述有源増益芯片与无源光子芯片的耦合端面镀有抗反射膜，有源増益芯片的另一端面镀有高反射膜。7.根据权利要求1-5任一项所述的基于复合MZI及反射光栅的波长可调谐激光器，其特征在于所述的各个电极设于相应波导芯的上包层的表面；或者设于相应波导芯两侧的波导包层表面。8.根据权利要求2或3所述的基于复合MZI及反射光栅的波长可调谐激光器，其特征在于所述波导布拉格光栅的数量与取...

【专利技术属性】
技术研发人员：李若林，
申请(专利权)人：四川马尔斯科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：