直接高速调制外腔式波长可调谐激光器制造技术

本发明专利技术公开了直接高速调制外腔式波长可调谐激光器，包括FP激光器芯片，无源光子芯片，所述FP激光器芯片可对输出激光的工作速率进行直接高速调制，它发射输出的激光光谱呈梳状的发射峰分布；FP激光器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；所述波导反射镜部分具有梳状的反射峰分布，相邻反射峰的波长间隔与所述FP激光器芯片发射的相邻发射峰的波长间隔不同；通过择一改变波导反射镜部分的波导折射率，波导反射镜部分的反射峰分布的波长位置随之改变或调谐。本发明专利技术可输出单波长激光并持续地或有选择地改变输出激光的波长，还可大范围地调谐输出激光的波长，同时还可直接高速调制输出激光，实现宽带数据传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可调谐激光器，具体是直接高速调制外腔式波长可调谐激光器。
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激光器的这一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减少。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。传统的FP（Fabry-perot）激光器是指法布里-珀罗激光器，具有法布里-珀罗谐振腔，是发射多波长激光的多模激光器，即发射的激光的光谱在一定波长范围内的波长分布呈若干个峰，这些波长峰的位置分布和它们之间的间距(称自由光谱范围)由芯片的增益曲线、光学折射率及其长度来决定，并且这些波长峰的位置呈梳状分布，其缺点是：在一定波长范围内激光发射的频谱范围较宽。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种直接高速调制外腔式波长可调谐激光器，可输出单波长激光并持续地或有选择地改变输出激光的波长，还可大范围地调谐输出激光的波长，同时还可直接高速调制输出激光，实现宽带数据传输。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种直接高速调制外腔式波长可调谐激光器，其特征在于包括用于产生激发光源、提供激光增益并可对输出激光的工作速率直接调制的半导体FP激光器芯片，用于外腔反馈及波长调谐的无源光子芯片，所述FP激光器芯片发射输出的激光光谱呈梳状的发射峰分布；所述FP激光器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；无源光子芯片的波导上具有由激光相位控制部分和波导反射镜部分组成的外腔反馈区，该外腔反馈区与FP激光器芯片构成激光共振腔，所述波导反射镜部分具有梳状的反射峰分布，相邻反射峰的波长间隔与所述FP激光器芯片发射的相邻发射峰的波长间隔不同；所述激光相位控制部分和波导反射镜部分均设有对应的通过加热或注入载流子来改变波导折射率的电极；通过择一改变波导反射镜部分的波导折射率，波导反射镜部分的反射峰分布的波长位置随之改变或调谐；选择性地调谐波导反射镜部分使反射峰与FP激光器芯片的相应发射峰在某一波长处重叠，再改变激光相位控制部分的波导折射率来调节激光相位，光子在该波长重叠处获得最大反馈，并经激光共振腔多次反射从而产生激光；通过重复使其余发射峰、反射峰的重叠，并相应调节激光相位控制部分，从而实现激光输出波长的步幅式调谐。本专利技术可在所述FP激光器芯片的底部增加设置用于改变FP激光器芯片的波导折射率的加热器或制冷器；在上述某一波长处于重叠的基础上，再同步改变FP激光器芯片的波导和波导反射镜部分的波导的波导折射率，使上述重叠处的发射峰和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，从而实现输出激光波长的连续式调谐。本专利技术所述FP激光器芯片的波导在导出激发光源的端口端面上镀有部分透射部分反射膜，FP激光器芯片的波导的另一端口端面上设有高反射膜；无源光子芯片的波导的两个端口端面均镀有抗反射膜；或者，所述无源光子芯片上靠近FP激光器芯片的波导一端端口端面镀有部分投射部分反射膜，无源光子芯片的波导的另一端端口端面镀有高反射膜。本专利技术所述波导反射镜部分的反射镜采用取样光栅或超结构光栅。本专利技术所述可调谐激光器还包括用于监控所述可调谐激光器的输出功率的光探测器，该光探测器设于具有高反射膜的波导端面的一侧。本专利技术所述激光相位控制区段还可设于FP激光器芯片的波导上。本专利技术所述可调谐激光器还包括用于所述可调谐激光器保持恒温工作环境的恒温装置，该恒温装置位于所述可调谐激光器的下方或外围。本专利技术所述FP激光器芯片可通过高速驱动电流直接调制输出工作速率在2.5Gb/s-10Gb/s的激光信号。与现有技术相比，该专利技术技术具有以下优点：（1）本专利技术通过对发射峰和反射峰波长位置的调谐，可输出单波长激光并持续地或有选择地改变输出激光的波长，还可大范围地调谐输出激光的波长，解决了传统FP激光器在一定波长范围内激光发射的频谱范围较宽的缺陷；（2）本专利技术由高调制速率FP激光器芯片和无源光子芯片构成，两个芯片构成了外腔激光器，无源波导芯片上可调谐反射光栅对FP发射的多激光模进行进一步滤波，保证了外腔激光器的单模输出，通过对FP激光器芯片的直接调制，实现新的外腔单波长可调谐激光器发射的信号高速调制，不需要外部加调制器即可实现波长可调的高速率数字信号传输，相比于多模FP激光器，本专利技术的单波长激光器由于不受色散影响，可以传输更长的距离；（3）本专利技术通过在波导的热或电效应实现光学调谐，不需要机械变动,因此无移动元件；（4）本专利技术可通过恒温装置、光探测器来保证激光输出的调谐精度。附图说明图1为本专利技术实施例一的俯视结构示意图；图2为图1的主视图；图3为本专利技术FP激光器芯片的发射光谱图（虚线）；图4为本专利技术无源光子芯片的波导反射镜部分的反射光谱图（实线）；图5为本专利技术调谐前波导反射镜部分的反射光谱和FP激光器芯片的发射光谱的示意图；图6为本专利技术调谐后波导反射镜部分的反射光谱和FP激光器芯片的发射光谱的示意图；图7为本专利技术实施例二的结构示意图。图中：1、FP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接高速调制外腔式波长可调谐激光器，其特征在于包括用于产生激发光源、提供激光增益并可对输出激光的工作速率直接高速调制的半导体FP激光器芯片，用于外腔反馈及波长调谐的无源光子芯片，所述FP激光器芯片发射输出的激光光谱呈梳状的发射峰分布；所述FP激光器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；无源光子芯片的波导上具有由激光相位控制部分和波导反射镜部分组成的外腔反馈区，该外腔反馈区与FP激光器芯片构成激光共振腔，所述波导反射镜部分具有梳状的反射峰分布，相邻反射峰的波长间隔与所述FP激光器芯片发射的相邻发射峰的波长间隔不同；所述激光相位控制部分和波导反射镜部分均设有对应的通过加热或注入载流子来改变波导折射率的电极；通过择一改变波导反射镜部分的波导折射率，波导反射镜部分的反射峰分布的波长位置随之改变或调谐；选择性地调谐波导反射镜部分使反射峰与FP激光器芯片的相应发射峰在某一波长处重叠，再改变激光相位控制部分的波导折射率来调节激光相位，光子在该波长重叠处获得最大反馈，并经激光共振腔多次反射从而产生激光，实现在该波长的单模激光输出；通过重复使其余发射峰、反射峰的重叠，并相应调节激光相位控制部分，从而实现激光输出波长的步幅式调谐。...

【技术特征摘要】
2012.06.25 CN 201210209181.X1.一种直接高速调制外腔式波长可调谐激光器，其特征在于包
括用于产生激发光源、提供激光增益并可对输出激光的工作速率直接
高速调制的半导体FP激光器芯片，用于外腔反馈及波长调谐的无源
光子芯片，所述FP激光器芯片发射输出的激光光谱呈梳状的发射峰
分布；所述FP激光器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；无源光子芯片的波导上具有由激光相位控制部分
和波导反射镜部分组成的外腔反馈区，该外腔反馈区与FP激光器芯
片构成激光共振腔，所述波导反射镜部分具有梳状的反射峰分布，相
邻反射峰的波长间隔与所述FP激光器芯片发射的相邻发射峰的波长
间隔不同；所述激光相位控制部分和波导反射镜部分均设有对应的通
过加热或注入载流子来改变波导折射率的电极；
通过择一改变波导反射镜部分的波导折射率，波导反射镜部分的
反射峰分布的波长位置随之改变或调谐；选择性地调谐波导反射镜部
分使反射峰与FP激光器芯片的相应发射峰在某一波长处重叠，再改
变激光相位控制部分的波导折射率来调节激光相位，光子在该波长重
叠处获得最大反馈，并经激光共振腔多次反射从而产生激光，实现在
该波长的单模激光输出；
通过重复使其余发射峰、反射峰的重叠，并相应调节激光相位控
制部分，从而实现激光输出波长的步幅式调谐。
2.根据权利要求1所述的直接高速调制外腔式波长可调谐激光
器，其特征在于：所述FP激光器芯片的波导在导出激发光源的端口
端面上镀有部分透射部分反射膜，FP激光器芯片的波导的另一端口

\t端面上设有高反射膜；无源光子芯片的波导的两个端口端面均镀有抗
反射膜。
3.根据权利要求2所述的直接高速调制外腔式波长可调谐激光
器，其特征在于：所述波导反射镜部分的反射镜采用取样光栅或超结
构光栅。
4.根据权利要求3所述的直接高速调制外腔式波长可调谐激光
器，其特征在于：所述可调谐激光器还包括用于监控所述可调谐激光
器的输出功率的光探测器，该光探测器设于具有高反射膜的波导端面
的一侧。
5.根据权利要求4所述的直接高速调制外腔式波长可调谐激光
器，其特征在于：所述激光相位控制区段设于FP激光器芯片的波导
上。
6.根据权利要求4或5所述的直接高速调制外腔式波长可调谐
激光器，其特征在于：所述可调谐激光器还包括用于所述可调谐激光
器保持恒温工作环境的恒温装置，该恒温装置位于所述可调谐激光器
的下方或外围。
7.根据权利要求1所述的直接高速调制外腔式波长可调谐激光
器，其特征在于：所...

【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：