CN103944064B - 用于高速q调制、波长可调谐波导激光器的反射腔镜结构 - Google Patents
用于高速q调制、波长可调谐波导激光器的反射腔镜结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于高速Q调制、波长可调谐波导激光器的反射腔镜结构。包括分束耦合结构，大、小可调谐光微环和Mach‑Zehnder调制结构；分束耦合结构作为输入和反射输出端；两个光微环分别通过与第一、第二波导倏逝波耦合与分束耦合结构连接实现波长调谐，Mach‑Zehnder调制结构两端分别通过直波导与各自的光微环倏逝波耦合连接，用于实现反射腔镜反射率的调制，实现激光器的高速Q调制；两个光微环上设置加热电极，实现激光器的波长调谐。本发明具有反射率的高速可调特性和波长可调谐特性，可用于构建具有高速Q调制、波长可调谐波导激光器。利用两个光微环，还可以利用游标卡尺效应增大环镜可调波长的范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成光学器件，尤其是涉及一种用于高速Q调制、波长可调谐波导激光器的反射腔镜结构。
背景技术
高速光调制和波分复用是提高光信息传输的主要手段。传统的直接调制方式是直接将调制信号控制激光器的驱动电流，实现对输出光信号的信息加载。但存在的问题是，受激光器驰豫振荡限制，调制带宽无法提高。外加调制器的间接调制方式可以大幅度提高调制频率，但是由于其处理的是已经从激光器输出的激光，所以，对于外部间接调制方式，其有一半的能量没有利用，这对于建立未来绿色通信系统是不一致的。解决这一问题的可行方案之一是采用Q调制方式。这种方式也可以视主直接调制，但控制输出光的方式是控制激光器谐振腔的Q值，即控制谐振腔的光衰减程度。这种方式避免了传统直接调制下的驰豫振荡，同时也很大程度上提高了注入能量的利用。
集成光学技术是光学器件集成化发展的重要方向，高速Q调制激光器也必然采用集成光学技术。在集成光学技术中，实现高效的光路反射，简单的端面反射需要制作高反膜，制作复杂，甚至常常无法实现；布拉格光栅是最常用的反射结构，存在的问题是光栅的制作有特殊要求，光栅的频率选择不具有可调性。反射环镜也是常用结构，优点是制作上与一般波导结构采用同一工艺，没有特殊要求，非常适合作为集成型激光器的反射腔镜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高速Q调制、波长可调谐波导激光器的反射腔镜结构。是将Mach-Zehnder调制结构置入环镜光路中，控制光路中的衰减，进而实现对环镜反射率的控制；将微环或者微环组辅助结构置入环镜光路，通过对微环的调谐，实现环镜对反射光波长的可调特性。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括分束耦合结构、大可调谐光微环、小可调谐光微环和Mach-Zehnder调制结构；分束耦合结构作为输入和反射输出端；大可调谐光微环、小可调谐光微环分别通过与第一波导和第二波导倏逝波耦合与分束耦合结构连接；Mach-Zehnder调制结构两端分别通过直波导与各自的大可调谐光微环、小可调谐光微环倏逝波耦合连接，用于实现反射腔镜反射率的调制，实现激光器的高速Q调制；大可调谐光微环上设置加热电极，小可调谐光微环上设置加热电极，实现激光器的波长调谐。
所述的分束耦合结构为对称1×2Y分支结构、对称2×2 X分支结构或者定向耦合器分支结构。
所述的Mach-Zehnder调制结构具有零阶干涉特性，用该结构可实现的Q调制速率在0Hz～100GHz之间。
本发明具有的有益效果是：
与传统的反射环镜结构相比，本发明的反射腔镜结构在保证具有基本的反射功能同时，具有反射率的高速可调特性和波长可调谐特性，这一功能可以用于构建具有高速Q调制、波长可调谐波导激光器。与传统的直接调制激光器相比，所构成的波导激光器避免了驰豫振荡带来的调制带宽限制。与间接调制相比，理论上在光波能量利用上提高了一倍。利用两个光微环，还可以利用游标卡尺效应增大环镜可调波长的范围。本发明可用平面集成光波导工艺制作，工艺简单。
附图说明
图1是一种高速Q调制、波长可调谐波导激光器的反射腔镜结构图。
图2是图1的第一种实施实例图。
图3是图1的第二种实施实例图。
图4是图1的第三种实施实例图。
图中：1、第一输入波导，2、第一波导，3、第二波导，4、大可调谐光微环，5、小可调谐光微环，6、直波导，7、Mach-Zehnder调制结构，8、第二输入波导，9、分束耦合结构，10、加热电极，11、加热电极，19、Y分支结构，29、X交叉结结构，39、定向耦合器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明包括两段波导1、8，分束耦合结构9、大可调谐光微环4、小可调谐光微环5和Mach-Zehnder调制结构7；分束耦合结构9作为输入和反射输出端；大可调谐光微环4、小可调谐光微环5分别通过与第一波导2和第二波导3倏逝波耦合与分束耦合结构9连接实现波长调谐，Mach-Zehnder调制结构7两端分别通过直波导6与各自的大可调谐光微环4、小可调谐光微环5倏逝波耦合连接，用于实现反射腔镜反射率的调制，实现激光器的高速Q调制；大可调谐光微环4上设置加热电极10，小可调谐光微环5上设置加热电极11，实现激光器的波长调谐。
所述的大可调谐光微环4、小可调谐光微环5具有相同的半径或不同的半径，当两个光微环半径不同时，可以利用游标卡尺效应增大调谐范围。
两光微环上设置联动的加热电极，利用材料的热光效应，实现一种波长可调谐功能。
所述的分束耦合结构9为对称1×2Y分支结构19，如图2所示；对称2×2 X分支结构29，如图3所示；或者定向耦合器分支结构39，如图4所示。
所述的Mach-Zehnder调制结构7具有零阶干涉特性，即采用等臂Mach-Zehnder结构，用来实现Q调制，以保证大的带宽特性，可实现的Q调制速率在0Hz～100GHz之间。
实施例
1
如图2所示，该器件的制作材料为绝缘体上硅(SOI)材料，顶层硅厚220 nm，二氧化硅埋层厚1μm。采用CMOS工艺，通过深紫外光刻和硅干法刻蚀，制作出宽度为400nm、深度为180nm 的脊型光波导，在完成硅干法刻蚀后，采用化学汽相沉积方法覆盖 2μm 二氧化硅层，构成图2所示的基本器件结构。
器件中采用对称Y 分支结构19作为分束耦合结构。器件中的两个光微环半径分别为5 μm和7 μm。光微环与两根平行波导间的间隙为180 nm。光微环的调谐利用硅的热光效应，在二氧化硅层上制作出对应于微环的加热电极，便可以制作出如图2所示的具有可调谐功能的微环辅助环镜。器件中的Mach-Zehnder高速调制结构采用PIN结构，在完成硅波导刻蚀后，进行波导两侧高掺杂P区和N区的制作；在完成二氧化硅覆盖层后，通过挖孔、硅的金属化、金属连接等的制备，制作出高速调制电极。
由此便完成了一种用于高速Q调制、波长可调谐波导激光器的硅基反射腔镜结构的制作。
实施例
2
如图3所示，该器件的制作材料为绝缘体上硅(SOI)材料，顶层硅厚220 nm，二氧化硅埋层厚1μm。采用CMOS工艺，通过深紫外光刻和硅干法刻蚀，制作出宽度为400nm、深度为180nm 的脊型光波导，在完成硅干法刻蚀后，采用化学汽相沉积方法覆盖 2μm 二氧化硅层，构成图3所示的基本器件结构。
器件中采用X交叉结结构29作为分束耦合结构。器件中的两个光微环半径分别为5 μm和5 μm。光微环与两根平行波导间的间隙为180 nm。光微环的调谐利用硅的热光效应，在二氧化硅层上制作出对应于微环的加热电极，便可以制作出如图3所示的具有可调谐功能的微环辅助环镜。器件中的Mach-Zehnder高速调制结构采用PIN结构，在完成硅波导刻蚀后，进行波导两侧高掺杂P区和N区的制作；在完成二氧化硅覆盖层后，通过挖孔、硅的金属化、金属连接等的制备，制作出高速调制电极。
由此便完成了一种用于高速Q调制、波长可调谐波导激光器的硅基反射腔镜结构的制作。
实施例
3
如图4所示，该器件的制作材料为绝缘体上硅(SOI)材料，顶层硅厚220 nm，二氧化硅埋层厚1μm。采用CMOS工艺，通过深紫外光刻和硅干法刻蚀，制作出宽度为400nm、深度为180nm 的脊型光波导，在完成硅干法刻蚀后，采用化学汽相沉积方法覆盖 2μm 二氧化硅层，构成图4所示的基本器件结构。
器件中采用定向耦合器39作为分束耦合结构。器件中的两个光微环半径分别为7 μm和7 μm。光微环与两根平行波导间的间隙为180 nm。光微环的调谐利用硅的热光效应，在二氧化硅层上制作出对应于微环的加热电极，便可以制作出如图4所示的具有可调谐功能的微环辅助环镜。器件中的Mach-Zehnder高速调制结构采用PIN结构，在完成硅波导刻蚀后，进行波导两侧高掺杂P区和N区的制作；在完成二氧化硅覆盖层后，通过挖孔、硅的金属化、金属连接等的制备，制作出高速调制电极。
由此便完成了一种用于高速Q调制、波长可调谐波导激光器的硅基反射腔镜结构的制作。
Claims (3)
1.用于高速Q调制、波长可调谐波导激光器的反射腔镜结构，其特征在于：包括分束耦合结构（9）、大可调谐光微环（4）、小可调谐光微环（5）和Mach-Zehnder调制结构（7）；分束耦合结构（9）作为输入和反射输出端；大可调谐光微环（4）、小可调谐光微环（5）分别通过与第一波导（2）和第二波导（3）倏逝波耦合与分束耦合结构（9）连接；Mach-Zehnder调制结构（7）两端分别通过直波导（6）与各自的大可调谐光微环（4）、小可调谐光微环（5）倏逝波耦合连接，用于实现反射腔镜反射率的调制，实现激光器的高速Q调制；大可调谐光微环（4）上设置加热电极（10），小可调谐光微环（5）上设置加热电极（11），实现激光器的波长调谐。
2.根据权利要求1所述的用于高速Q调制、波长可调谐波导激光器的反射腔镜结构，其特征在于：所述的分束耦合结构（9）为对称1×2Y分支结构（19）、对称2×2 X分支结构（29）或者定向耦合器分支结构（39）。
3.根据权利要求1所述的用于高速Q调制、波长可调谐波导激光器的反射腔镜结构，其特征在于：所述的Mach-Zehnder调制结构（7）具有零阶干涉特性，用该结构可实现的Q调制速率在0Hz～100GHz之间。
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