CN110289546A - 硅基波长快速切换外腔激光器 - Google Patents

硅基波长快速切换外腔激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN110289546A
CN110289546A CN201910567725.1A CN201910567725A CN110289546A CN 110289546 A CN110289546 A CN 110289546A CN 201910567725 A CN201910567725 A CN 201910567725A CN 110289546 A CN110289546 A CN 110289546A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon substrate
phase shifter
gas laser
switched fast
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910567725.1A
Other languages
English (en)
Inventor
周林杰
郭宇耀
陆梁军
陈建平
付志明
陆建鑫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhongxing Photoelectron Technology Co Ltd
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Zhongxing Photoelectron Technology Co Ltd
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhongxing Photoelectron Technology Co Ltd, Shanghai Jiaotong University filed Critical Zhongxing Photoelectron Technology Co Ltd
Priority to CN201910567725.1A priority Critical patent/CN110289546A/zh
Publication of CN110289546A publication Critical patent/CN110289546A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0085—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for modulating the output, i.e. the laser beam is modulated outside the laser cavity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

一种硅基波长快速切换外腔激光器，该外腔激光器的反射型半导体光放大器通过硅基光斑尺寸转换器连接到输出耦合器，输出耦合器连接2×2光开关的一个输入端，2×2光开关的两个输出端分别通过移相器各连接一个大自由光谱范围的窄通带滤波器，每个窄通带滤波器的输出端均连接一个反射镜。窄通带滤波器集成了热光移相器；2×2光开关集成了热光移相器和电光移相器，分别用于更正工艺引起的相位误差和高速切换开关状态。本发明通过两组窄通带滤波器和反射镜形成的外腔反馈光路，可在自由光谱区同时设置不同的反馈波长，通过2×2光开关对反馈光路的快速切换，可以实现激光器波长的ns量级快速大范围调谐，满足波分复用Burst状态等应用需求。

Description

硅基波长快速切换外腔激光器
技术领域
本发明涉及光通信的集成光学领域，具体涉及一种硅基波长快速切换外腔激光器。
背景技术
在集成光学领域，硅基光子器件由于其CMOS兼容、折射率差大、良好的热光效应和载流子色散效应等优势，在近些年取得了长足的发展。其中，硅基MZM调制器、硅基微环调制器已经在光通信、光互连领域取得产品级应用。随着网络数据的飞速增长，相干光通信正逐步由长距向短距过渡，硅基光电子集成系统可在这个过程中扮演重要角色。
然而由于硅间接带隙的材料特性，硅基光源一直是影响其发展的瓶颈问题。III-V族和硅基混合集成形成外腔激光器由于其具备生产过程简便、良率高、线宽小、调谐范围宽等潜在优势，近些年得到了研究人员的重视。在硅基外腔激光器输出波长可调的基础上实现输出波长的快速切换，可进一步拓展硅基外腔激光器的应用范围，比如应对波分复用(WDM)系统中Burst状态。
文献报道的硅基波长可调范围广且输出波长可快速切换的技术思路是：不同路由的反馈结构分别集成有电致可调光衰减器(VOA)，并通过耦合器对称连接至半导体光放大器。该方案通过快速调节光衰减器来控制不同路由反馈信号的强弱，进而实现波长快速切换，这样的方案在波长切换中存在额外损耗的问题。
发明内容
本发明提供了一种硅基波长快速切换外腔激光器，通过2×2电调光开关快速切换滤波反馈路由，进而实现低功耗和快速切换波长的目的。
本发明的技术解决方案如下：
一种硅基波长快速切换外腔激光器，其特点在于：包括反射型半导体光放大器、光斑尺寸转换器、输出耦合器、2×2光开关、两个移相器、两个窄通带滤波器和两个反射镜，所述的反射型半导体光放大器的输出端连接所述的光斑尺寸转换器的输入端，该光斑尺寸转换器的输出端连接所述的输出耦合器，之后连接所述的2×2光开关的一个输入端，该2×2光开关的两个输出端各经过一个所述的移相器连接一个所述的窄通带滤波器和一个所述的反射镜。
所述的反射型半导体光放大器的一端具有高反射率(反射率≥90％),另一端具有低反射率(反射率≤0.005％)，低反射率端与光斑尺寸转换器相连。
所述光斑尺寸转换器采用倒锥耦合器、悬空波导耦合器等结构。
所述输出耦合器，采用定向耦合器、绝热定向耦合器等结构。
所述移相器采用热光移相器。
所述的2×2光开关由等臂的2×2马赫-增德尔干涉器(MZI)构成，所述的2×2马赫-增德尔干涉器的两臂均包括热光移相器和电光移相器，所述的热光移相器用于弥补工艺误差引起的相位偏移，所述的电光移相器实现快速光路切换。
所述反射镜为萨尼亚克(Sagnac)反射环或布拉格光栅结构。
除反射型半导体光放大器外的其余部件都可由硅波导实现，反射型半导体光放大器和硅芯片可以通过对接耦合、倒装耦合或键合等方式进行对准。
本发明和现有技术相比，有益效果主要体现在如下方面：
1、本发明将两路具有大调谐范围的滤波反馈结构集成在高速光开关的两个输出端，大调谐范围和波长快速切换分别由滤波反馈结构热调节和光开关高速电光调节来实现，既保留了热调谐范围大和损耗低的优势，又增加了波长快速切换的功能。
2、和上述所述的VOA方案相比，本发明通过光开关切换光路，降低了回路损耗。
附图说明
图1为本发明硅基波长快速切换外腔激光器的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步阐明本技术方案的目的、技术方案及核心优势，下文结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。下述具体实施例仅起解释目的，并不用于限定本发明。
图1为本发明硅基波长快速切换外腔激光器实施例示意图，本发明硅基波长快速切换外腔激光器，包括反射型半导体光放大器101、光斑尺寸转换器102、输出耦合器103、2×2MZI光开关104、两个移相器105/109、两个窄通带滤波器106-107/110-111和两个反射镜108/112。反射型半导体光放大器101的输出端连接光斑尺寸转换器102的输入端，光斑尺寸转换器102的输出端连接输出耦合器103，之后与2×2MZI光开关104的输入端相连，2×2MZI光开关104的两个输出端各通过一个移相器105/109连接一个窄通带滤波器106-107/110-111，每个窄通带滤波器106-107/110-111的输出端分别连接一个反射镜108/112。
在图1所述实施例中，反射型半导体光放大器101的一端具有高反射率(反射率≥90％),另一端具有低反射率(反射率≤0.005％)，所述的低反射率端即为反射型半导体光放大器101的输出端，与光斑尺寸转换器102相连。
在图1所述实施例中，除反射型半导体光放大器101外，其余部件均由硅波导实现。反射型半导体光放大器101和硅芯片通过对接耦合方式进行对准，在实际实施过程中，也可以采用倒装、键合等方式。
在图1所述实施例中，光斑尺寸转换器102为倒锥耦合器，在实际实施过程中，也可采用锥形耦合器、三叉戟耦合器等其他具有光斑尺寸转换功能的结构。
在图1所述实施例中，窄通带滤波器106-107/110-111由两个周长相近的微环串联组成，在实际实施过程中，也可采用微盘、布拉格光栅等其他结构形式的滤波结构。微环的自由光谱范围通过公式得到，其中，FSR为自由光谱范围，λ为微环的谐振波长，Δλ为相邻谐振峰之间的波长间隔，ng为微环的波导群折射率，Lr为微环的周长。窄通带滤波器106-107/110-111的两个微环的自由光谱范围分别为FSR1和FSR2，当FSR1和FSR2相差较小时，两个微环可以形成游标效应窄通带滤波器，其自由光谱范围通过分别调节两个微环的热移相器使得两个微环对准中心波长。
在图1所述实施例中，通过切换2×2MZI光开关104，快速调节两路窄通带滤波器106-107/110-111的导通和关断状态。
在图1所述实施例中，反射镜108/112为反射率100％的Sagnac反射环，在实际实施过程中，也可以采用布拉格光栅等其他反射结构。
在图1所述实施例中，通过调节移相器105或109、窄通带滤波器106-107或110-111，激光器法珀腔与窄通带滤波器中心波长对准实现选模，激光器输出波长因此能够连续可调。
在图1所述实施例中，激光的宽调谐范围是由两个窄通带滤波器106-107/110-111的热调谐实现的，激光波长的快速切换是由2×2MZI光开关104快速切换实现的。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种硅基波长快速切换外腔激光器，其特征在于：包括反射型半导体光放大器(RSOA)、光斑尺寸转换器、输出耦合器、2×2光开关、两个移相器、两个窄通带滤波器和两个反射镜，所述的反射型半导体光放大器的输出端连接所述的光斑尺寸转换器的输入端，该光斑尺寸转换器的输出端依次连接输出耦合器和2×2光开关的一个输入端，该2×2光开关的两个输出端均通过移相器后连接一个窄通带滤波器和一个反射镜。
2.如权利要求1所述的硅基波长快速切换外腔激光器，其特征在于：所述的反射型半导体光放大器的一端具有高反射率(反射率≥90％),另一端具有低反射率(反射率≤0.005％)，低反射率端与光斑尺寸转换器相连。
3.如权利要求1所述的硅基波长快速切换外腔激光器，其特征在于，所述光斑尺寸转换器采用倒锥耦合器、悬空波导耦合器等结构。
4.如权利要求1所述的硅基波长快速切换外腔激光器，其特征在于，所述输出耦合器，采用定向耦合器、绝热定向耦合器等结构。
5.如权利要求1所述的硅基波长快速切换外腔激光器，其特征在于，所述移相器采用热光移相器。
6.如权利要求1所述的硅基波长快速切换外腔激光器，其特征在于，所述的2×2光开关由等臂的2×2马赫-增德尔干涉器(MZI)构成，所述的2×2马赫-增德尔干涉器的两臂均包括热光移相器和电光移相器，所述的热光移相器用于弥补工艺误差引起的相位偏移，所述的电光移相器实现快速光路切换。
7.如权利要求1所述的硅基波长快速切换外腔激光器，其特征在于：所述反射镜为萨尼亚克(Sagnac)反射环或布拉格光栅等结构。
8.如权利要求1所述的硅基波长快速切换外腔激光器，其特征在于：除反射型半导体光放大器外的其余部件都可由硅波导实现，反射型半导体光放大器和硅芯片可以通过对接耦合、倒装耦合或键合等方式进行对准。
CN201910567725.1A 2019-06-27 2019-06-27 硅基波长快速切换外腔激光器 Pending CN110289546A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910567725.1A CN110289546A (zh) 2019-06-27 2019-06-27 硅基波长快速切换外腔激光器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910567725.1A CN110289546A (zh) 2019-06-27 2019-06-27 硅基波长快速切换外腔激光器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110289546A true CN110289546A (zh) 2019-09-27

Family

ID=68019272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910567725.1A Pending CN110289546A (zh) 2019-06-27 2019-06-27 硅基波长快速切换外腔激光器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110289546A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111342342A (zh) * 2020-02-20 2020-06-26 上海交通大学 集成迈克尔逊干涉仪-双程放大器的iii-v/硅基端面耦合外腔激光器
CN112202048A (zh) * 2020-10-09 2021-01-08 联合微电子中心有限责任公司 外腔激光器及其制备方法、波长调谐方法
CN112531457A (zh) * 2020-11-30 2021-03-19 联合微电子中心有限责任公司 片上扫频光源和使用其的相控阵
WO2021259027A1 (zh) * 2020-06-22 2021-12-30 苏州旭创科技有限公司 硅基可调滤波器、激光器及光模块

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030035446A1 (en) * 2001-07-13 2003-02-20 Giora Griffel Frequency selective tunable mirror and applications thereof
CN104538841A (zh) * 2014-12-19 2015-04-22 武汉光迅科技股份有限公司 一种基于阵列波导光栅的混合集成外腔可调激光器
CN105207057A (zh) * 2015-10-29 2015-12-30 中国科学院半导体研究所 波长快速调谐的单片集成外腔振荡激光器
US20160204578A1 (en) * 2013-10-24 2016-07-14 Oracle International Corporation Ring-modulated laser
US20170139237A1 (en) * 2013-10-24 2017-05-18 Oracle International Corporation Dual-ring-modulated laser that uses push-pull modulation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030035446A1 (en) * 2001-07-13 2003-02-20 Giora Griffel Frequency selective tunable mirror and applications thereof
US20160204578A1 (en) * 2013-10-24 2016-07-14 Oracle International Corporation Ring-modulated laser
US20170139237A1 (en) * 2013-10-24 2017-05-18 Oracle International Corporation Dual-ring-modulated laser that uses push-pull modulation
CN104538841A (zh) * 2014-12-19 2015-04-22 武汉光迅科技股份有限公司 一种基于阵列波导光栅的混合集成外腔可调激光器
CN105207057A (zh) * 2015-10-29 2015-12-30 中国科学院半导体研究所 波长快速调谐的单片集成外腔振荡激光器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周林杰等: "集成光开关发展现状及关键技术", 《光通信研究》 *
杜悦宁等: "硅光子芯片外腔窄线宽半导体激光器", 《中国光学》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111342342A (zh) * 2020-02-20 2020-06-26 上海交通大学 集成迈克尔逊干涉仪-双程放大器的iii-v/硅基端面耦合外腔激光器
CN111342342B (zh) * 2020-02-20 2021-07-27 上海交通大学 集成迈克尔逊干涉仪-双程放大器的iii-v/硅基端面耦合外腔激光器
WO2021259027A1 (zh) * 2020-06-22 2021-12-30 苏州旭创科技有限公司 硅基可调滤波器、激光器及光模块
CN112202048A (zh) * 2020-10-09 2021-01-08 联合微电子中心有限责任公司 外腔激光器及其制备方法、波长调谐方法
CN112202048B (zh) * 2020-10-09 2022-02-01 联合微电子中心有限责任公司 外腔激光器及其制备方法、波长调谐方法
CN112531457A (zh) * 2020-11-30 2021-03-19 联合微电子中心有限责任公司 片上扫频光源和使用其的相控阵
CN112531457B (zh) * 2020-11-30 2022-02-15 联合微电子中心有限责任公司 片上扫频光源和使用其的相控阵

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110289546A (zh) 硅基波长快速切换外腔激光器
US10714895B2 (en) Rapidly tunable silicon modulated laser
Biberman et al. Optical interconnection networks for high-performance computing systems
US9791761B1 (en) Integrated chip
CN103412367B (zh) 一种集成光波导芯片的片上偏振不依赖系统
CN105322438B (zh) 一种基于硅基的窄线宽可调外腔激光器
CN110323665A (zh) 波长可调直接调制硅基外腔激光器
CN103487889A (zh) 基于双谐振腔耦合马赫-曾德尔光开关结构
CN106785906B (zh) 一种波长可调、功率可调的硅基外腔激光器
WO2021259027A1 (zh) 硅基可调滤波器、激光器及光模块
CN113311537B (zh) 一种基于级联锥形耦合器的聚合物三模式复用器
CN104317000B (zh) 模块化可扩展的波长和空间全光路由器
WO2024082809A1 (zh) 激光发射组件、硅光集成芯片及激光器
CN110779440B (zh) 一种基于马赫泽德干涉仪结构的偏振不敏感光开关
CN204203497U (zh) 一种模块化可扩展的波长和空间全光路由器
CN204203498U (zh) 一种模块化可扩展的全光路由器
JP2018186414A (ja) 光送受信回路
CN100442136C (zh) 一种非归零码到归零码全光码型转换装置
CN106785885B (zh) 一种多通道干涉激光器与半导体光放大器的集成器件
CN104297853A (zh) 模块化的波长和空间全光路由器
JP2009204694A (ja) 波長フィルター及び、該波長フィルターを備えた光送信器
CN101261418B (zh) 全光波长变换器
CN204270002U (zh) 一种模块化可扩展的n2×n2波长和空间全光路由器
Akulova InP photonic integrated circuits for high efficiency pluggable optical interfaces
CN116345298B (zh) 外腔半导体激光器及反射式半导体光学放大器的芯片集成

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190927