CN110376766B - 一种反射装置及可调谐激光器 - Google Patents

一种反射装置及可调谐激光器 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种反射装置及可调谐激光器，用于确保热调谐时反射装置的温度分布均匀，提高热调谐效率。本申请包括：光传输层和凸出于光传输层的脊，脊远离光传输层的表面设有相互隔离的第一组加热器和第二组加热器；光传输层位于脊第一侧的部分具有相互隔离的第一支撑臂和第二支撑臂，第一支撑臂靠近脊的端面为第一端面，第一端面沿垂直于脊的方向延伸后形成第一平板，第一组加热器至少部分设于脊远离光传输层的表面与第一平板相交的区域内；第二支撑臂靠近脊的端面为第二端面，第二端面沿垂直于脊的方向延伸后形成第二平板，第二组加热器至少部分设于脊远离光传输层的表面与第二平板相交的区域内。

Description

一种反射装置及可调谐激光器
技术领域
本申请涉及通信领域，尤其涉及一种反射装置及可调谐激光器。
背景技术
在光通信领域，可调谐激光器(tunable laser，TL)是指输出波长可在一定范围内进行调节的激光器。可调谐激光器主要应用于大容量波分复用传输系统中，随着信息量爆炸式增长，通信市场规模持续快速膨胀，为了进一步提高带宽，相干调制技术被使用并成为100G及以上速率长距离光传输的业界主流方案。目前较为经典的可调谐激光器的结构如图1所示，由增益区、前反射装置、后反射装置和相位区四段组成。
可调谐激光器对波长进行调节，本质上就是调节前反射装置、后反射装置和相位区光波导的折射率，现有方案通过反射装置对光波导折射率进行调节，调节的方式包括量子限制斯塔克效应(quantum confined stark effect，QCSE)、电流注入和热调谐，其中，主要通过热调谐的方式改变光波导的折射率。调节相同的波长范围，热调谐组件的功耗越小，则表示调谐组件的热调谐效率更高，可调谐激光器的整体功耗更低。
现有方案中，反射装置利用悬空结构形成热隔离，防止热量流失，将热量集中在反射装置区域，提高热调谐效率，从而降低可调谐激光器的整体功耗。通过一定的制备工艺，使反射装置中的光波导在垂直方向上与衬底区域隔离，同时使光波导在水平方向上也与两侧的材料隔离，形成悬空结构，减少热量的损耗，从而使热量集中在反射装置的区域。
在实际制作过程中，悬空结构需要通过支撑结构与可调谐激光器的其它区域连接形成支撑，不能完全与可调谐激光器脱离连接，因此，导致靠近支撑结构的区域温度低，支撑结构之间的区域温度高，反射装置的温度分布均匀性差，进一步导致光栅的反射性能恶化，最终导致可调谐激光器性能恶化。
发明内容
本申请实施例提供了一种反射装置及可调谐激光器，用于减少热调谐过程中的热量流失，确保热调谐时反射装置的温度分布均匀，提高热调谐效率。
本申请实施例的第一方面提供一种反射镜结构，包括：光传输层和凸出于光传输层的脊，在该脊远离光传输层的表面设有相互隔离的第一组加热器和第二组加热器，其中，该光传输层和凸出于光传输层的脊构成凸形结构，该光传输层的表面为靠近凸形结构的凸出一侧的结构面；在脊远离光传输层的表面上设置的第一组加热器和第二组加热器均包括至少一个加热器；将脊的两侧分命名为脊第一侧和脊第二侧，该光传输层位于脊第一侧的部分具有相互隔离的第一支撑臂和第二支撑臂，该第一支撑臂靠近脊的端面为第一端面，该第一端面沿垂直于脊的方向延伸后形成第一平板，该第一平板从脊第一侧延伸至脊第二侧，该第一组加热器至少部分设于脊远离光传输层的表面与第一平板相交的区域内；该第二支撑臂靠近脊的端面为第二端面，该第二端面沿垂直于脊的方向延伸后形成第二平板，该第二平板从脊第一侧延伸至脊第二侧，该第二组加热器至少部分设于脊远离光传输层的表面与第二平板相交的区域内，其中，第一平板与第二平板之间隔离。反射装置通过相互隔离的第一平板和第二平板，光传输层在脊的两侧形成离散地设置两个支撑臂，并在第一平板与脊相交区域设置第一组加热器，在第二平板与脊相交区域都设置第二组加热器，第一组加热器和第二组加热器形成隔离，以使得在热调谐过程中，反射装置可以得到十分平坦的温度分布，减少热调谐过程中的热量流失，确保热调谐时反射装置的温度分布均匀，提高了热调谐效率。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第一种实现方式中，该光传输层位于脊第一侧的部分开设有至少一个第一窗口，该第一支撑臂和该第二支撑臂分别为第一窗口的横壁，该第一窗口的横壁是指第一窗口内延伸方向垂直于脊的延伸方向的侧壁，其中，各个第一窗口之间在脊的延伸方向上通过各个支撑臂形成隔离。通过在光传输层位于脊的第一侧设置至少一个第一窗口，减少了光传输层和周围结构的接触面积，减少了热调谐过程中光传输层与周围结构的热传导，提高了热调谐效率。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第二种实现方式中，该光传输层位于脊第二侧的部分具有相互隔离的第三支撑臂和第四支撑臂，该第三支撑臂靠近脊的端面为第三端面，该第三端面位于第一平板内，该第四支撑臂靠近脊的端面为第四端面，该第四端面位于第二平板内。第三支撑臂位于第一平板内，与第一支撑臂形成一对支撑臂，第四支撑臂位于第二平板内，与第二支撑臂形成一对支撑臂，通过多对支撑臂将光传输层和和凸出于所述光传输层的脊与周围结构形成支撑结构，增加了反射装置的结构强度。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第三种实现方式中，该光传输层位于脊第二侧的部分开设有至少一个第二窗口，该第三支撑臂和该第四支撑臂分别为第二窗口的横壁，该第二窗口的横壁是指第二窗口内延伸方向垂直于脊的延伸方向的侧壁，其中，各个第二窗口之间在脊的延伸方向上通过各个支撑臂形成隔离。通过在光传输层位于脊的第二侧设置至少一个第二窗口，减少了光传输层和周围结构的接触面积，减少了热调谐过程中光传输层与周围结构的热传导，提高了热调谐效率。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第四种实现方式中，该第一组加热器设于脊远离光传输层的表面与第一平板相交的区域内。将第一组加热器设置在脊远离光传输层的表面与该第一平板相交的区域，在热调谐过程中，第一组加热器可以对该相交的区域进行局部加热，第一组加热器组散发的热量从该相交的区域向周围扩散，形成一个加热点。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第五种实现方式中，该第二组加热器设于脊远离光传输层的表面与第二平板相交的区域内。将第二组加热器设置在脊远离光传输层的表面与该第二平板相交的区域，在热调谐过程中，第二组加热器可以对该相交的区域进行局部加热，第二组加热器组散发的热量从该相交的区域向周围扩散，形成另一个加热点。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第六种实现方式中，该脊远离光传输层的表面中位于第一组加热器和第二组加热器之间的区域沉积有低电阻率金属。在第一组加热器和第二组加热器之间填充低电阻率金属，将第一组加热器和第二组加热器隔离，避免第一组加热器和第二组加热器之间的干扰，方便电极连接。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第七种实现方式中，该第一组加热器内的每一加热器与脊之间具有绝缘层，或，该第二组加热器内的每一加热器与脊之间具有绝缘层。在第一组加热器中的每一个加热器与脊远离光传输层的表面之间设置有绝缘层，避免加热器的电流泄露到脊和光传输层，对反射装置的性能造成影响。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第八种实现方式中，反射装置还包括：衬底层和牺牲层，该牺牲层位于光传输层和衬底层之间，其中，该牺牲层具有通孔，该通孔的延伸方向平行于脊的延伸方向。增加了衬底层和牺牲层，使反射装置结构更完整，牺牲层的通孔将光传输层和衬底相隔离，避免热调谐过程中热量从光传输层传导到衬底。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第一方面的第九种实现方式中，该光传输层包括上包层、波导层和下包层，该波导层位于上包层和下包层之间，且下包层位于波导层和牺牲层之间，其中，上包层和下包层用于将光能量限制在波导层中；该光传输层还包括光栅，光栅位于上包层中；或，光栅部分位于上包层且部分位于波导层；或，光栅位于波导层中；或，光栅部分位于下包层且部分位于波导层；或，光栅位于下包层中。将光传输层细化为上包层、波导层和下包层，并对光栅的分布进行了限定，以使得光栅可以对波导层中传输的光能量进行反射，实现反射装置的反射性能。
本申请实施例的第二方面提供了一种反射装置，包括：光传输层和凸出于光传输层的脊，该脊远离光传输层的表面设有相互隔离的第一组加热器和第二组加热器，其中，光传输层和凸出于光传输层的脊构成凸形结构，该光传输层的表面为靠近凸形结构的凸出一侧的结构面，该光传输层的底面为远离凸形结构的凸出一侧的结构面；光传输层的底面设有用于支撑光传输层的第一支撑柱和第二支撑柱，该第一支撑柱和该第二支撑柱相互隔离；第一组加热器至少部分位于第一区域，该第一区域位于脊远离光传输层的表面内，且第一区域是指脊远离光传输层的表面在该第一支撑柱的顶面所在平面上的投影对应的区域，该第一支撑柱的顶面与该光传输层的底面相接触；第二组加热器至少部分位于第二区域，该第二区域位于脊远离光传输层的表面内，且该第二区域是指脊远离光传输层的表面在第二支撑柱的顶面所在平面上的投影对应的区域，该第二支撑柱的顶面与光传输层的底面相接触，其中，第一组加热器在光传输层的表面所占区域与第二组加热器在光传输层的表面所占区域之间相互隔离。反射装置通过相互隔离的第一支撑柱和第二支撑柱，在光传输层的底面形成离散地的两个支撑柱，并在脊远离光传输层的表面在第一支撑柱的顶面所在平面上的投影对应的区域上设置第一组加热器，在脊远离光传输层的表面在第二支撑柱的顶面所在平面上的投影对应的区域上设置第二组加热器，第一组加热器和第二组加热器相互隔离，在热调谐过程中，反射装置可以得到十分平坦的温度分布，减少热调谐过程中的热量流失，确保热调谐时反射装置的温度分布均匀，提高了热调谐效率。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第二方面的第一种实现方式中，每一支撑柱均垂直于光传输层的底面所在的平面。对支撑柱的结构进行了限定，支撑柱垂直于所述光传输层，多个支撑柱对所述光传输层和凸出于所述光传输层的脊的支撑性好，且占用的空间小。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第二方面的第二种实现方式中，该光传输层位于所述脊第一侧的部分开设至少一个第一窗口，或，该光传输层位于所述脊第二侧的部分开设至少一个第二窗口。通过脊两侧设置的窗口，将光传输层间隔的分离，在进行热调谐时减少热量的流失，提高了热调谐效率。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第二方面的第三种实现方式中，所述第一支撑柱沿垂直于所述脊的方向延伸后形成第一平板，所述第一窗口在靠近所述第一支撑柱一侧对应设有一个第一凸起结构，所述第一凸起结构位于所述第一平板内。通过设置的第一凸起结构，增加光传输层在脊两侧垂直于脊的延伸方向上的厚度，以控制第一支撑柱的形状大小。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第二方面的第四种实现方式中，所述第二窗口在靠近所述第一支撑柱一侧对应设有一个第二凸起结构，所述第二凸起结构位于所述第一平板内。通过相对在与第一凸起结构的另一侧设置第二凸起结构，增加了光传输层在垂直于脊的延伸方向上的厚度，更好的控制第一支撑柱的形状大小。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第二方面的第五种实现方式中，反射装置还包括：衬底层和牺牲层，该牺牲层位于光传输层和衬底层之间，其中，该牺牲层具有两个通孔，每个通孔的延伸方向平行于脊的延伸方向，两个通孔在垂直于脊的延伸方向上周期性连通。增加了衬底层和牺牲层，使反射装置结构更完整，牺牲层的两个通孔将光传输层和衬底周期性地隔离，避免热调谐过程中热量从光传输层传导到衬底。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第二方面的第六种实现方式中，该光传输层包括上包层、波导层和下包层，该波导层位于上包层和下包层之间，且下包层位于波导层和牺牲层之间，其中，上包层和下包层用于将光能量限制在波导层中；该光传输层还包括光栅，光栅位于上包层中；或，光栅部分位于上包层且部分位于波导层；或，光栅位于波导层中；或，光栅部分位于下包层且部分位于波导层；或，光栅位于下包层中。将光传输层细化为上包层、波导层和下包层，并对光栅的分布进行了限定，以使得光栅可以对波导层中传输的光能量进行反射，实现反射装置的反射性能。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第二方面的第七种实现方式中，该脊远离光传输层的表面中位于第一组加热器和第二组加热器之间的区域沉积有低电阻率金属。在第一组加热器和第二组加热器之间填充低电阻率金属，将第一组加热器和第二组加热器隔离，避免第一组加热器和第二组加热器之间的干扰，方便电极连接。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第二方面的第八种实现方式中，该第一组加热器内的每一加热器与脊之间具有绝缘层，或，该第二组加热器内的每一加热器与脊之间具有绝缘层。在第一组加热器中的每一个加热器与脊远离光传输层的表面之间设置有绝缘层，避免加热器的电流泄露到脊和光传输层，对反射装置的性能造成影响。
本申请实施例的第三方面提供了一种可调谐激光器，包括：增益区、相位区和第一反射装置，其中，该第一反射装置为如上述各个方面及实现方式中任一项所述的反射装置；该增益区的第一端口与相位区的第一端口耦合，该增益区的第二端口与第一反射装置的第一端口耦合，该增益区、该相位区和该第一反射装置形成谐振腔；该增益区用于产生光并对光进行功率放大形成激光，以补偿光在谐振腔中的损耗；该相位区用于对激光的相位进行调节，并通过该相位区的第二端口输出激光；该第一反射装置用于对激光的波长进行调节，并通过该第一反射装置的第二端口输出该激光。提供了一种可调谐激光器，具备调整激光的反射装置，提高了热调谐过程中激光器的性能。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第三方面的第一种实现方式中，所述可调谐激光器还包括：第二反射装置，该第二反射装置为如上述各个方面及实现方式中任一项所述的反射装置；该第二反射装置的第一端口与该相位区的第二端口耦合，该第二反射装置用于对激光的波长进行调节，并通过该第二反射装置的第二端口输出激光。增加了第二反射装置，增加了可调谐激光器对激光的调节范围，提高了可调谐激光器的性能。
在一种可能的设计中，在本申请实施例第二方面的第六种实现方式中，所述可调谐激光器还包括：第一半导体光放大器，该第一半导体光放大器的第一端口与该第一反射装置的第二端口耦合；该第一半导体光放大器用于对第一反射装置的第二端口输出的激光进行功率放大，并通过该第一半导体光放大器的第二端口输出放大后的激光。增加了输出的激光的功率，提高了可调谐激光器的性能。
本申请实施例提供的技术方案中，反射装置包括：光传输层和凸出于光传输层的脊，在该脊远离光传输层的表面设有相互隔离的第一组加热器和第二组加热器；该光传输层位于脊第一侧的部分具有相互隔离的第一支撑臂和第二支撑臂，该第一支撑臂靠近脊的端面为第一端面，该第一端面沿垂直于脊的方向延伸后形成第一平板，该第一组加热器至少部分设于脊远离光传输层的表面与第一平板相交的区域内；该第二支撑臂靠近脊的端面为第二端面，该第二端面沿垂直于脊的方向延伸后形成第二平板，该第二组加热器至少部分设于脊远离光传输层的表面与第二平板相交的区域内。本申请实施例中，反射装置通过相互隔离的第一平板和第二平板，光传输层在脊的两侧形成离散地设置两个支撑臂，并在第一平板与脊相交区域设置第一组加热器，在第二平板与脊相交区域都设置第二组加热器，第一组加热器和第二组加热器形成隔离，以使得在热调谐过程中，反射装置可以得到十分平坦的温度分布，减少热调谐过程中的热量流失，确保热调谐时反射装置的温度分布均匀，提高了热调谐效率。
附图说明
图1为现有方案中可调谐激光器的一种结构示意图；
图2为反射装置的梳状反射谱示意图；
图3A为现有方案中反射装置的一个横截面示意图；
图3B为现有方案中反射装置的一个平面俯视示意图；
图3C为现有方案中反射装置的另一个横截面示意图；
图3D为现有方案中反射镜装置的另一个横截面示意图；
图4A为本申请实施例中反射装置的一个横截面示意图；
图4B为本申请实施例中反射装置的一个俯视图；
图4C为本申请实施例中反射装置的另一个横截面示意图；
图4D为本申请实施例中反射装置的另一个横截面示意图；
图4E为本申请实施例中热调谐时光栅所在区域的温度分布示意图；
图4F为本申请实施例中反射装置的一种可能的横截面示意图；
图5A为本申请实施例中反射装置的一个横截面示意图；
图5B为本申请实施例中反射装置的一个平面俯视图；
图5C为本申请实施例中反射装置的一个侧视图；
图5D为本申请实施例中反射装置的另一个横截面示意图；
图5E为本申请实施例中反射装置的另一个横截面示意图；
图6为本申请实施例中反射装置的另一个平面俯视图；
图7A为本申请实施例中可调谐激光器的另一个平面俯视示意图；
图7B为本申请实施例中可调谐激光器的另一个平面俯视示意图；
图7C为本申请实施例中可调谐激光器的另一个平面俯视示意图；
图7D为本申请实施例中可调谐激光器的另一个平面俯视示意图；
图7E为本申请实施例中可调谐激光器的另一个平面俯视示意图；
图7F为本申请实施例中可调谐激光器的另一个平面俯视示意图；
图7G为本申请实施例中可调谐激光器的另一个平面俯视示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种反射装置及可调谐激光器，用于减少热调谐过程中的热量流失，确保热调谐时反射装置的温度分布均匀，提高热调谐效率。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例进行描述。
本申请文件中提及的“第一”或“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，本申请文件中提及的“包括”或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
目前较为经典的可调谐激光器的结构示意图，由增益区、前反射装置、后反射装置和相位区四部分组成，如图1所示。其中，该增益区用于将电能转化为光能产生光，并为产生的光提供增益形成激光。增益区一般采用多量子阱(multiple quantum well，MQW)结构，多量子阱之间的势垒层厚，基本无隧穿耦合，也不形成微带，当受到电注入时，可以得到高功率的激光。前反射装置和后反射装置的反射谱对波长具有选择性，用来进行波长调谐。反射装置通过光栅实现反射功能，其中常用的反射光栅包括分布布拉格反射镜(distributedbragg reflection，DBR)或者微环反射镜。前反射装置和后反射装置的反射谱均如图2所示，通常为梳状反射谱。因为前反射装置、后反射装置的梳妆反射谱的自由光谱区不完全相同，由于光在前反射装置和后反射装置之间来回反射震荡，所以可以通过调节前反射装置和后反射装置之间的距离来调节可调谐激光器的调谐范围，即通过调整谐振腔的腔长来调节可调谐激光器的调谐范围，具体参考现有技术，此处不再赘述。相位区用于对激光进行相位调节，使激光器可以微调激光波长。通常为了减少损耗，将增益区设置为有源区，前反射装置、后反射装置和相位区都设置为无源区，其中，有源区的禁带宽度较低(禁带宽度是指产生电子跃迁的最小能量值)，而无源区的禁带宽度较高，禁带宽度比激光波长的光子能量高，对光子的吸收非常小。无源区是通过刻蚀再生长技术将有源区的MQW刻蚀掉，再二次外延禁带宽度更大的化合物制造而来。
对激光波长的调节，本质上是对光波导折射率进行调节，具体调节方式主要包括量子限制斯塔克效应(quantum confined stark effect，QCSE)、电流注入和热调谐三种方式，其中QCSE效应对折射率的改变量相对较小，在激光器中应用较少；对于相同的波长调谐范围，电流注入调谐比热调谐功耗要小很多，例如，对于DBR的反射谱调谐6nm，热调谐组件的功耗大于100毫瓦，可以远超基于电流的调谐组件的功耗约15mW。综上所述，与电流注入调谐相比，热调谐的优点在于可以获得更窄的激光线宽，从而满足相干光通信系统的要求，而热调谐的缺点在于调谐组件的功耗过大。
现有方案中一般采用热调谐的方式对光波导折射率进行调节，在图1的基础上，对后反射装置进行横向剖面，图3A为后反射装置中1-1横截的截面图。
如图3A所示，图3A所示的是热调谐方式下图1所示的后反射装置中1-1横截的截面图。各个结构层，从下到上依次包括：衬底层301、缓冲层302、下包层303、波导层304、上包层305、介质层306和加热层307。衬底层301、缓冲层302、下包层303、上包层305由磷化铟(indium phosphide，InP)构成，波导层304由磷化砷镓铟(indium gallium arsenidephosphide，InGaAsP)构成，还可以是其他材料，具体此处不做限定。其中，衬底层301主要用于支撑和保护的作用；缓冲层302主要作用是提供晶体质量更好的InP材料，为其它层材料提供更好的材料基础；上包层303和下包层305的折射率比波导层低，因此光在波导层中传播时会形成全反射，这样可以将光能量尽可能限制在波导层304中；波导层304的主要作用是提供光的低损耗传播通道；介质层306的主要作用是防止加热层307的电流泄漏到上包层305中；加热层307用来改变反射装置的温度；光栅308(可以是DBR或微环反射镜)分布在波导层304与上包层305的接触界面处。如图3A中热量的扩散方向的箭头309所示，加热层中的加热器被加热后温度升高，热量依次通过介质层306、上包层305传导至光栅308所在的区域和波导层304。然而，大量的热继续向下传播至下包层303、缓冲层302甚至非常厚的衬底层301，同时，也有部分热量向加热器两侧水平传播。这些热量都被耗散掉了，并没有起到改变光栅308所在的区域的温度的作用。相反地，这些耗散的热量还会引起非反射装置区域(比如增益区和/或相位区)的温度升高，带来热串扰。目前反射装置中采用光栅来反射激光，常用的光栅包括取样光栅(sampled grating，SG)和超结构光栅(super structure grating，SSG)。在进行热调谐的时候，由于反射装置的有效折射率会随着温度的改变而改变，当反射装置的反射峰的波长位置在移动时，反射装置的反射谱的平坦性等特性发生恶化，从而导致可调谐激光器性能的恶化。
图3B为现有方案中反射装置的平面俯视示意图，如图3B所示，在反射装置内的光波导两侧分布着不连续的图形化区域310(图中虚线框所示)。在实际制造中，通过光刻和选择性刻蚀，可以先将图形范围内的区域(虚线框范围内)的介质层306腐蚀掉，并保证该图形范围外区域的介质层306不被刻蚀，然后通过该图形所打开的窗口，使用湿法腐蚀方法向衬底层301方向进行腐蚀并掏空波导层304中光波导311下方的材料，从而形成悬空结构312，悬空结构312如图3C或图3D所示。其中，图3C为图3B中1-1截面的横截面示意图，图3D为图3B中2-2截面的横截面示意图。图3C中所示悬空结构312即为光波导311所在区域，图3C中可以看到，反射装置悬空结构312下方的材料都被刻蚀(或腐蚀)掏空形成被腐蚀区域313，悬空结构312水平方向上的两侧的材料也被刻蚀掏空，其中，在平行于光波导的延伸方向上被刻蚀的宽度对应于图3B中的虚线框区域在平行于光波导的延伸方向上的宽度。图3D为图3B中2-2截面的横截面示意图，与图3C不同的是，在该截面中悬空结构312因为光波导311两侧并没有需要进行刻蚀的图形区域，悬空结构312左右两侧仍然和周围结构相连，形成对悬空结构的支撑结构314，保证整个悬空结构312的机械支撑，如图3B所示，支撑结构周期性存在。在该方案中，悬空区域312在与支撑结构314相连接的区域温度低，在与支撑结构314不相连的区域温度高，温度分布均匀性差，导致悬空结构中光栅的反射性能恶化。
请参阅图4A、图4B、图4C、图4D，图4A所示的结构为图4B中2-2截面的横截面示意图，反射装置的俯视图如图4B所示。如图4B所示，光波导两侧有一些虚线框，虚线框内的区域，是制备工艺过程中用来刻蚀材料的窗口，即腐蚀窗口，刻蚀剂通过反射装置两侧的窗口，分别刻蚀反射镜下方的牺牲层材料，以形成悬空结构。在脊的延伸方向上，首尾两个方形腐蚀窗口用来避免温度在两侧过于低，其中，光栅位于腐蚀窗口之间的光波导中。
本申请实施例中反射装置的一个实施例包括：
光传输层401和凸出于所述光传输层的脊402，所述脊402远离所述光传输层的表面403设有相互隔离的第一组加热器404和第二组加热器405(图中未画出)；
所述光传输层401位于所述脊402第一侧的部分具有相互隔离的第一支撑臂406和第二支撑臂407(图中为画出)，所述第一支撑臂406靠近所述脊402的端面为第一端面，所述第一端面沿垂直于所述脊402的方向延伸后形成第一平板408，所述第一组加热器404至少部分设于所述脊402远离所述光传输层的表面403与所述第一平板408相交的区域内；
所述第二支撑臂407靠近所述脊402的端面为第二端面，所述第二端面沿垂直于所述脊402的方向延伸后形成第二平板409(图中为画出)，所述第二组加热器405至少部分设于所述脊远离所述光传输层的表面403与所述第二平板409相交的区域内。
在一种可行的实施方式中，如图4B所示，所述光传输层401位于所述脊第一侧的部分开设有至少一个第一窗口410a，所述第一支撑臂406和所述第二支撑臂407分别为所述第一窗口410a的横壁，所述第一窗口的横壁是指所述第一窗口410a内延伸方向垂直于所述脊402的延伸方向的侧壁。
在一种可行的实施方式中，如图4B所示，所述光传输层401位于所述脊第二侧的部分具有相互隔离的第三支撑臂411和第四支撑臂412，所述第三支撑臂411靠近所述脊402的端面为第三端面，所述第三端面位于所述第一平板408内，所述第四支撑臂412靠近所述脊402的端面为第四端面，所述第四端面位于所述第二平板409内。
在一种可行的实施方式中，如图4B所示，所述光传输层401位于所述脊第二侧的部分开设有至少一个第二窗口410b，所述第三支撑臂411和所述第四支撑臂412分别为所述第二窗口410b的横壁，所述第二窗口的横壁是指所述第二窗口410b内延伸方向垂直于所述脊的延伸方向的侧壁。
在一种可行的实施方式中，如图4B所示，所述第一组加热器404设于所述脊402远离所述光传输层的表面403与所述第一平板408相交的区域内。
在一种可行的实施方式中，如图4B所示，所述第二组加热器405设于所述脊402远离所述光传输层的表面403与所述第二平板409相交的区域内。
在一种可行的实施方式中，如图4B所示，所述脊402远离所述光传输层的表面403中位于所述第一组加热器404和所述第二组加热器405之间的区域沉积有低电阻率金属413。
在一种可行的实施方式中，如图4A所示，所述第一组加热器404内的每一加热器与所述脊402之间具有绝缘层414，或，所述第二组加热器405内的每一加热器与所述脊402之间具有绝缘层414。
在一种可行的实施方式中，如图4C所示，衬底415和牺牲层416，所述牺牲层414位于所述光传输层401和所述衬底415之间，其中，所述牺牲层416具有通孔417，所述通孔417的延伸方向平行于所述脊的延伸方向。
在一种可行的实施方式中，如图4C所示，所述光传输层包括上包层401a、波导层401b和下包层401c，所述波导层401b位于所述上包层401a和所述下包层401c之间，且所述下包层401c位于所述波导层401b和所述牺牲层416之间；
所述光传输层401还包括光栅418，所述光栅418位于所述上包层401a中；或，所述光栅418部分位于所述上包层401a且部分位于所述波导层401b；或，所述光栅418位于所述波导层401b中；或，所述光栅418部分位于所述下包层401c且部分位于所述波导层401b；或，所述光栅418位于所述下包层401c中。图4C中仅画出光栅418位于所述波导层401b中的情形，还可以是上述几种分布情形。
图4D为图4B所示反射装置中1-1截面的横截面示意图，与图4C所示的结构相比，该截面区域设有窗口让刻蚀剂进入，光传输层401被刻蚀，形成悬空结构。如图4D所示，由于刻蚀剂从光波导两侧的腐蚀窗口进入后进行侧向刻蚀，牺牲层416被刻蚀掉部分形成通孔417。如图4D所示，反射装置1-1截面处未设置加热器组。请参阅图4E，反射装置温度在变化60摄氏度后，反射装置中光栅所在区域温度分布的最小值和最大值相差小于1.3摄氏度，性能十分优越。
如图4F所示，在本申请实施例的一种可能实现方式中，相对于现有方案图3A所示的结构，在下包层303和缓冲层302之间增加了上阻挡层315、牺牲层316和下阻挡层317，然后通过刻蚀剂从光波导两侧的腐蚀窗口对光波导两侧以及底部的材料进行刻蚀，使反射装置的光波导在垂直方向上与衬底层301隔离，并在水平方向上与两侧的波导层304、上包层305、下包层303相隔离，形成悬空结构312，使热量无法耗散，从而集中在波导区域。其中，上阻挡层315保证刻蚀剂在刻蚀时不会刻蚀下包层303，下阻挡层317保证刻蚀剂在刻蚀时不会刻蚀衬底层301和缓冲层302。
可以理解的是，本实施例及后续实施例中的加热器可以是加热电阻，光传输层401可以包括上包层、下包层和波导层，其中，上包层、下包层使用的材料可以为磷化铟InP，波导层使用的材料可以为磷化砷镓铟InGaAsP，光传输层401还可以采用其他半导体材料，具体此处不做限定。
本申请实施例中，由于有多对支撑臂形成的多个平板结构，在加热器组进行加热过程中，热量会从平板结构处传导至反射装置的其他部位，只在平板结构与脊相交区域的的上方设置加热器组，在脊远离光传输层的表面403形成多个离散的热源，可以得到十分平坦的温度分布，减少了热调谐过程中的热量流失，确保热调谐时反射装置的温度分布均匀，提高可调谐激光器的热调谐效率。
请参阅图5A、图5B、图5C、图5D和图5E，图5A所示的结构为图5B中1-1截面的横截面示意图，反射装置的俯视图如图5B所示。如图5B所示，光波导两侧有一些虚线框，虚线框内的区域，是制备工艺过程中用来刻蚀材料的窗口，即腐蚀窗口，刻蚀剂通过反射装置两侧的窗口，分别刻蚀反射镜下方的牺牲层材料，以形成悬空结构。在脊的延伸方向上，首位两个方形腐蚀窗口用来避免温度在两侧过于低，其中，光栅位于腐蚀窗口之间的光波导中。图5C为反射装置的侧视图，如图5D所示，反射装置1-1截面处设置有第一组加热器504。图5E所示的结构为图5B中2-2截面的横截面示意图。
如图5A所示，本申请实施例中反射装置的另一个实施例包括：
光传输层501和凸出于所述光传输层的脊502，所述脊502远离所述光传输层的表面503设有相互隔离的第一组加热器504和第二组加热器505(图中为画出)；
所述光传输层的底面506设有用于支撑所述光传输层501的第一支撑柱507和第二支撑柱508，所述第一支撑柱507和所述第二支撑柱508(图中为画出)相互隔离；
所述第一组加热器504至少部分位于第一区域，所述第一区域位于所述脊远离所述光传输层的表面503内，且所述第一区域是指所述脊远离所述光传输层的表面503在所述第一支撑柱507的顶面所在平面上的投影对应的区域，所述第一支撑柱507的顶面与所述光传输层的底面506相接触；
所述第二组加热器505至少部分位于第二区域，所述第二区域位于所述脊远离所述光传输层的表面503内，且所述第二区域是指所述脊远离所述光传输层的表面503在所述第二支撑柱508的顶面所在平面上的投影对应的区域，所述第二支撑柱508的顶面与所述光传输层的底面506相接触。
在一种可行的实施例方式中，如图5C所示，每一支撑柱均垂直于所述光传输层的底面506所在的平面。
在一种可行的实施例方式中，如图5B所示，光传输层501位于所述脊第一侧的部分开设至少一个第一窗口509a，或，所述光传输层位于所述脊第二侧的部分开设至少一个第二窗口509b。
需要说明的是，如图5A所示，该光传输层501包括所述上包层501a、波导层501b和下包层501c，还可以包括其他结构层，具体此处不做限定。
在一种可行的实施例方式中，如图5B所示，所述第一支撑柱507沿垂直于所述脊的延伸方向延伸后形成第一平板，所述第一窗口509a在靠近所述第一支撑柱507一侧对应设有一个第一凸起结构510a，所述第一凸起结构510a位于所述第一平板内。
需要说明的是，在本申请中引入第一平板是为了便于描述第一支撑柱507、脊和第一凸起结构510a之间的结构关系，该第一平板并不是真实存在的。
在一种可行的实施例方式中，如图5B所示，所述第二窗口509b在靠近所述第一支撑柱507一侧对应设有一个第二凸起结构510b，所述第二凸起结构510b位于所述第一平板内。
在一种可行的实施例方式中，如图5D所示，反射装置还包括：衬底层511和牺牲层512，该牺牲层512位于光传输层501和衬底层511之间，其中，该牺牲层512具有两个通孔513，每个通孔513的延伸方向平行于脊的延伸方向，两个通孔513在垂直于脊的延伸方向上周期性连通。增加了衬底层和牺牲层，使反射装置结构更完整，牺牲层的两个通孔将光传输层和衬底周期性地隔离，避免热调谐过程中热量从光传输层传导到衬底。
在一种可行的实施例方式中，如图5D所示，该第一组加热器504内的每一加热器与脊之间具有绝缘层514，或，该第二组加热器505内的每一加热器与脊之间具有绝缘层514。通过在第一组加热器中的每一个加热器与脊远离光传输层的表面之间设置有绝缘层，避免加热器的电流泄露到脊和光传输层，对反射装置的性能造成影响。
在一种可行的实施例方式中，如图5D所示，该光传输层501包括上包层501a、波导层501b和下包层501c，该波导层501b位于上包层501a和下包层501c之间，且下包层501c位于波导层501b和牺牲层512之间，其中，上包层501a和下包层501c用于将光能量限制在波导层中；该光传输层501还包括光栅515，光栅515位于上包层501a中，或部分位于上包层501a且部分位于波导层501b，或位于波导层501b中，或部分位于下包层501c且部分位于波导层501b，或位于下包层501c中。图5D中仅画出光栅位于所述波导层501b中的情形，还可以是上述几种分布情形。将光传输层细化为上包层、波导层和下包层，并对光栅的分布进行了限定，以使得光栅可以对波导层中传输的光能量进行反射，实现反射装置的反射性能。
在一种可行的实施例方式中，如图5B所示，该脊远离光传输层的表面中位于第一组加热器504和第二组加热器505之间的区域沉积有低电阻率金属516。在第一组加热器和第二组加热器之间填充低电阻率金属，将第一组加热器和第二组加热器隔离，避免第一组加热器和第二组加热器之间的干扰，方便电极连接。
如图5E所示，图5E为图5B中2-2截面的一个横截面示意图，如图5E所示，该截面区域设有窗口让刻蚀剂(或腐蚀剂)进入，光传输层501被刻蚀，形成悬空结构。由于没有凸起结构，刻蚀剂从光波导两侧的腐蚀窗口进入后进行侧向刻蚀，牺牲层512被刻蚀掉部分形成通孔513。
本申请实施例中，由于有多个支撑柱，在加热器组进行加热过程中，热量会从支撑柱处传导至反射装置的其他部位，只在支撑柱与脊相交区域的的上方设置加热器组，在脊远离光传输层的表面403形成多个离散的热源，可以得到十分平坦的温度分布，减少了热调谐过程中的热量流失，确保热调谐时反射装置的温度分布均匀，提高可调谐激光器的热调谐效率。
需要说明的是，可以通过调节窗口的形状，可以控制底部支撑结构(支撑柱)的大小，底部支撑结构越小，热调谐效率越高，但机械支撑越差。
可以理解的是，本申请实施例中，涉及的多组加热器，具体的可以是加热电阻，还可以是具备加热功能的器件或元件，具体此处不做限定。
在一种可行的实施例方式中，在图4B的基础上，腐蚀窗口为哑铃形状，如图6所示。
需要说明的是，腐蚀窗口还可以是其他形状，例如哑铃形状，在图4B的基础上可以得到如图6所示的结构，还可以是其他形状，具体此处不做限定。
在一种可行的实施例方式中，所述光栅包括均匀光栅、取样光栅或超结构光栅中的任意一种。
需要说明的是，光栅还可以是其他对均匀光栅进行幅度和相位进行调制的特殊光栅，具体此处不做限定。
请参阅图7A，图7A为本申请实施例提供的一种可调谐激光器的结构示意图。该可调谐激光器700包括：
增益区701、相位区702和第一反射装置703，其中，第一反射装置703为上述实施例中任一种可行的实施方式中涉及的反射装置；
增益区701的第一端口7011与相位区7002的第一端口7021耦合，增益区701的第二端口7012与第一反射装置703的第一端口7031耦合，增益区701、相位区702和第一反射装置703形成谐振腔704；
增益区701用于产生光并对光进行功率放大形成激光，以补偿光在谐振腔704中的损耗；
相位区702用于对激光的相位进行调节，并通过相位区702的第二端口7022输出所述激光；
第一反射装置703用于对激光的波长进行调节，并通过第一反射装置703的第二端口7032输出激光。
需要说明的是，为了实现谐振腔的功能，相位区的第二端口为解理面705或者特殊反射膜系706，如图7B所示，该第二端口为远离所述第一反射装置的端口，该解理面和所述特殊反射膜系用于反射激光。
需要说明的是，谐振腔还可以由增益区、相位区、第一反射镜、第二反射镜一起组成谐振腔。
在一种可行的实施例方式中，如图7C所示，所述可调谐激光器700还包括：
第二反射装置707，第二反射装置707为上述实施例中任一种可行的实施方式中涉及的反射装置；
第二反射装置707的第一端口7071与相位区702的第二端口7021耦合，第二反射装置707用于对激光的波长进行调节，并通过第二反射装置707的第二端口7072输出所述激光。
在一种可行的实施例方式中，请参阅附图7D，可调谐激光器700还包括：
第一半导体光放大器(semiconductor optical amplifier，SOA)708，该第一半导体光放大器708的第一端口7081与第一反射装置703的第二端口7032耦合；
第一半导体光放大器708用于对第一反射装置703的第二端口7032输出的激光进行功率放大，并通过第一半导体光放大器708的第二端口7082输出放大后的激光。
在一种可行的实施例方式中，请参阅附图7E，可调谐激光器700还包括：
第二半导体光放大器709，第二半导体光放大器709的第一端口7091与第二反射装置707的第二端口7072耦合，第二半导体光放大器709用于对第二反射装置709的第二端口7072输出的激光进行功率放大，并通过第二半导体光放大器709的第二端口7092输出放大后的激光。
在一种可行的实施例方式中，请参阅附图7F，可调谐激光器700还包括：
第一光电探测器(photo detector，PD)710，该第一光电探测器710的第一端口7101与第二反射装置707的第二端口7072耦合，第一光电探测器710用于对第二反射装置707的第二端口7072输出的激光进行功率监测或功率衰减。
具体的，在图7C的基础上，如图7G所示的一种结构中，可调谐激光器700除了包括相位区702和增益区701、第一反射装置703和第二反射装置707，还包括一个光电探测器710。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (18)

1.一种反射装置，其特征在于，包括：
光传输层和凸出于所述光传输层的脊，所述脊远离所述光传输层的表面设有相互隔离的第一组加热器和第二组加热器；
所述光传输层位于所述脊第一侧的部分具有相互隔离的第一支撑臂和第二支撑臂，所述第一支撑臂靠近所述脊的端面为第一端面，所述第一端面沿垂直于所述脊的方向延伸后形成第一平板，所述第一平板从所述脊第一侧延伸至所述脊第二侧，所述第一组加热器至少部分设于所述脊远离所述光传输层的表面与所述第一平板相交的区域内；
所述第二支撑臂靠近所述脊的端面为第二端面，所述第二端面沿垂直于所述脊的方向延伸后形成第二平板，所述第二平板从所述脊第一侧延伸至所述脊第二侧，第一平板与第二平板之间隔离，所述第二组加热器至少部分设于所述脊远离所述光传输层的表面与所述第二平板相交的区域内。
2.根据权利要求1所述的反射装置，其特征在于，
所述光传输层位于所述脊第一侧的部分开设有至少一个第一窗口，所述第一支撑臂和所述第二支撑臂分别为所述第一窗口的横壁，所述第一窗口的横壁是指所述第一窗口内延伸方向垂直于所述脊的延伸方向的侧壁。
3.根据权利要求1或2所述的反射装置，其特征在于，
所述光传输层位于所述脊第二侧的部分具有相互隔离的第三支撑臂和第四支撑臂，所述第三支撑臂靠近所述脊的端面为第三端面，所述第三端面位于所述第一平板内，所述第四支撑臂靠近所述脊的端面为第四端面，所述第四端面位于所述第二平板内。
4.根据权利要求3所述的反射装置，其特征在于，
所述光传输层位于所述脊第二侧的部分开设有至少一个第二窗口，所述第三支撑臂和所述第四支撑臂分别为所述第二窗口的横壁，所述第二窗口的横壁是指所述第二窗口内延伸方向垂直于所述脊的延伸方向的侧壁。
5.根据权利要求1、2和4所述的反射装置，其特征在于，所述第一组加热器设于所述脊远离所述光传输层的表面与所述第一平板相交的区域内。
6.根据权利要求1、2和4所述的反射装置，其特征在于，
所述第二组加热器设于所述脊远离所述光传输层的表面与所述第二平板相交的区域内。
7.根据权利要求1、2和4所述的反射装置，其特征在于，
所述脊远离所述光传输层的表面中位于所述第一组加热器和所述第二组加热器之间的区域沉积有低电阻率金属。
8.根据权利要求1、2和4所述的反射装置，其特征在于，
所述第一组加热器内的每一加热器与所述脊之间具有绝缘层，或，所述第二组加热器内的每一加热器与所述脊之间具有绝缘层。
9.根据权利要求1、2和4所述的反射装置，其特征在于，所述反射装置还包括：
衬底层和牺牲层，所述牺牲层位于所述光传输层和所述衬底层之间，其中，所述牺牲层具有通孔，所述通孔的延伸方向平行于所述脊的延伸方向。
10.根据权利要求9所述的反射装置，其特征在于，
所述光传输层包括上包层、波导层和下包层，所述波导层位于所述上包层和所述下包层之间，且所述下包层位于所述波导层和所述牺牲层之间；
所述光传输层还包括光栅，所述光栅位于所述上包层中；或，所述光栅部分位于所述上包层且部分位于所述波导层；或，所述光栅位于所述波导层中；或，所述光栅部分位于所述下包层且部分位于所述波导层；或，所述光栅位于所述下包层中。
11.一种反射装置，其特征在于，包括：
光传输层和凸出于所述光传输层的脊，所述脊远离所述光传输层的表面设有相互隔离的第一组加热器和第二组加热器；
所述光传输层的底面设有用于支撑所述光传输层的第一支撑柱和第二支撑柱，所述第一支撑柱和所述第二支撑柱相互隔离；
所述第一组加热器至少部分位于第一区域，所述第一区域位于所述脊远离所述光传输层的表面内，且所述第一区域是指所述脊远离所述光传输层的表面在所述第一支撑柱的顶面所在平面上的投影对应的区域，所述第一支撑柱的顶面与所述光传输层的底面相接触；
所述第二组加热器至少部分位于第二区域，所述第二区域位于所述脊远离所述光传输层的表面内，且所述第二区域是指所述脊远离所述光传输层的表面在所述第二支撑柱的顶面所在平面上的投影对应的区域，所述第二支撑柱的顶面与所述光传输层的底面相接触。
12.根据权利要求11所述的反射装置，其特征在于，
每一支撑柱均垂直于所述光传输层的底面所在的平面。
13.根据权利要求11或12所述的反射装置，其特征在于，
所述光传输层位于所述脊第一侧的部分开设至少一个第一窗口，或，所述光传输层位于所述脊第二侧的部分开设至少一个第二窗口。
14.根据权利要求13所述的反射装置，其特征在于，
所述第一支撑柱沿垂直于所述脊的延伸方向延伸后形成第一平板，所述第一窗口在靠近所述第一支撑柱一侧对应设有一个第一凸起结构，所述第一凸起结构位于所述第一平板内。
15.根据权利要求14所述的反射装置，其特征在于，
所述第二窗口在靠近所述第一支撑柱一侧对应设有一个第二凸起结构，所述第二凸起结构位于所述第一平板内。
16.一种可调谐激光器，其特征在于，包括：
增益区、相位区和第一反射装置，其中，所述第一反射装置为如上述权利要求1-15中任一项所述的反射装置；
所述增益区的第一端口与所述相位区的第一端口耦合，所述增益区的第二端口与所述第一反射装置的第一端口耦合，所述增益区、所述相位区和所述第一反射装置形成谐振腔；
所述增益区用于产生光并对所述光进行功率放大形成激光，以补偿所述光在所述谐振腔中的损耗；
所述相位区用于对所述激光的相位进行调节，并通过所述相位区的第二端口输出所述激光；
所述第一反射装置用于对所述激光的波长进行调节，并通过所述第一反射装置的第二端口输出所述激光。
17.根据权利要求16所述的可调谐激光器，其特征在于，所述可调谐激光器还包括：
第二反射装置，所述第二反射装置为如上述权利要求1-15中任一项所述的反射装置；
所述第二反射装置的第一端口与所述相位区的第二端口耦合，所述第二反射装置用于对所述激光的波长进行调节，并通过所述第二反射装置的第二端口输出所述激光。
18.根据权利要求17所述的可调谐激光器，其特征在于，所述可调谐激光器还包括：
第一半导体光放大器，所述第一半导体光放大器的第一端口与所述第一反射装置的第二端口耦合；
所述第一半导体光放大器用于对所述第一反射装置的第二端口输出的激光进行功率放大，并通过所述第一半导体光放大器的第二端口输出放大后的激光。
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