CN110521072A - 宽带任意波长多通道激光源 - Google Patents

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Abstract

一种多通道激光源，包括：总线波导，其在总线波导的输出端处耦合到多通道激光源的输出；第一半导体光学放大器；第一后镜；在总线波导上具有第一谐振波长的第一波长相关耦合器；第二半导体光学放大器；第二后镜；以及在总线波导上具有不同于第一谐振波长的第二谐振波长的第二波长相关耦合器。在一些实施例中，第一半导体光学放大器由第一波长相关耦合器耦合到总线波导，所述第一波长相关耦合器比第二波长相关耦合器更靠近总线波导的输出端，第二半导体光学放大器由第二波长相关耦合器耦合到总线波导，并且第一波长相关耦合器配置成沿总线波导在第二谐振波长下传输光。

Description

宽带任意波长多通道激光源
（一个或多个）相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年6月14日提交的名称为“BROADBAND ARBITRARY WAVELENGTHMULTICHANNEL LASER SOURCE”的美国临时申请No.62/519,754以及于2017年8月22日提交的名称为“BROADBAND ARBITRARY WAVELENGTH MULTICHANNEL LASER SOURCE”的美国临时申请No.62/548,917的权益，其两者的全部内容通过引用被结合于本文中。
技术领域
根据本公开的实施例的一个或多个方面涉及光源，并且更具体地涉及多通道光源。
背景技术
一些系统可以使用硅光子集成的多通道可调谐激光源，其具有覆盖数百至一千或数千纳米的波长跨度的任意波长通道，所述跨度远大于单个反射半导体光学放大器（RSOA）管芯或RSOA“芯片”的增益带宽。
这样的激光源可以使用对于每个通道的单个激光腔体来构造，其中有例如根据美国专利9,270,078（“078专利”）构造的每个激光器，该专利通过引用以其整体被结合于本文中。可以使用诸如光学多路复用器（MUX）的通道组合器或附加的环形谐振器可调谐滤波器将通道组合到腔体外侧。为进行组合而在激光腔体外侧使用MUX可能具有以下缺点：（i）由于通带响应的周期性而施加最小通道间隔，（ii）引入其中通道不能存在的阻带，以及（iii）对于小通道间隔（和大量的通道），引起相对高的MUX损耗。在具有不同设计和连接到一个或多个附加的MUX的通道间隔的多个MUX以将多个MUX的输出组合到一个公共输出的实施例中，光学损耗也可能会相对的高。
环形谐振器可调谐滤波器可以用于将来自多个激光器的光组合到激光腔体外侧，但是这样的实施例除了在每个激光腔体内部使用的滤波器之外还包括另外的环形谐振器可调谐滤波器。结果，可能包括更多的可调谐元件，要求更多的稳定电路。此外，将外侧滤波器波长锁定到内侧激光滤波器波长可能增加系统的复杂度。
因此，存在对于一种改进的多通道激光源的需要。
发明内容
根据本公开的实施例，提供了一种多通道激光源，包括：总线波导，所述总线波导在所述总线波导的输出端处耦合到所述多通道激光源的输出；第一半导体光学放大器；第一后镜；具有第一谐振波长的第一波长相关耦合器；第二半导体光学放大器；第二后镜；以及
具有不同于所述第一谐振波长的第二谐振波长的第二波长相关耦合器；所述第一半导体光学放大器包括：耦合到所述第一后镜的第一端，以及第二端，所述第一波长相关耦合器包括：通道端口，所述通道端口连接到所述第一半导体光学放大器的所述第二端；总线输出，所述总线输出连接到所述总线波导的第一部分；以及总线输入，所述总线输入连接到所述总线波导的第二部分，所述总线波导的所述第二部分比所述总线波导的所述第一部分更远离于所述总线波导的所述输出端；所述第二半导体光学放大器通过所述第二波长相关耦合器耦合到所述总线波导，所述第一波长相关耦合器比所述第二波长相关耦合器更靠近所述总线波导的所述输出端，所述第一波长相关耦合器配置成在所述第二谐振波长下将光从所述第一波长相关耦合器的所述总线输入传输到所述第一波长相关耦合器的所述总线输出。
在一个实施例中，所述多通道激光源包括在所述总线波导的所述输出端处的输出耦合器，其中所述第一波长相关耦合器配置成在所述第一谐振波长下将光从所述第一波长相关耦合器的所述通道端口传输到所述第一波长相关耦合器的所述总线输出。
在一个实施例中，所述第一波长相关耦合器配置成反射在所述第一波长相关耦合器的所述通道端口处在所述第一谐振波长下接收的光的第一部分，并且配置成将在所述第一波长相关耦合器的所述通道端口处在所述第一谐振波长下接收的光的第二部分传输到所述第一波长相关耦合器的所述总线输出。
在一个实施例中，所述第一部分是所述接收的光的至少10％，并且所述第二部分是所述接收的光的至少40％。
在一个实施例中，所述第一波长相关耦合器配置成在所述第二谐振波长下将在所述通道端口处接收的光传输到所述第一波长相关耦合器的第四端口。
在一个实施例中，所述第一波长相关耦合器的所述第四端口连接到光学吸收器。
在一个实施例中，所述第一后镜和所述第一半导体光学放大器配置为反射半导体光学放大器。
在一个实施例中，所述第一波长相关耦合器包括第一环形谐振器。
在一个实施例中，所述第一波长相关耦合器还包括第二环形谐振器，所述第一环形谐振器和所述第二环形谐振器配置成作为游标环形谐振器滤波器进行操作。
在一个实施例中，所述第一波长相关耦合器包括光栅辅助的同向耦合器。
在一个实施例中，所述第一波长相关耦合器还包括与所述光栅辅助的同向耦合器以级联连接的分布式布拉格反射器。
在一个实施例中，所述第一波长相关耦合器包括用于调整所述第一谐振波长的波长致动器。
在一个实施例中，所述多通道激光源包括在所述第一后镜和所述第一波长相关耦合器之间的移相器。
在一个实施例中，所述多通道激光源包括在所述第一后镜和所述第一波长相关耦合器之间的幅度调制器。
在一个实施例中，所述第一半导体光学放大器是与所述第二半导体光学放大器相同的半导体光学放大器。
在一个实施例中，所述第一半导体光学放大器包括第一半导体芯片中的第一波导，并且所述第二半导体光学放大器包括所述第一半导体芯片中的第二波导。
在一个实施例中，所述第一半导体光学放大器包括第一半导体芯片中的波导，并且所述第二半导体光学放大器包括与所述第一半导体芯片不同的第二半导体芯片中的波导。
在一个实施例中，所述多通道激光源包括：波长传感器，所述波长传感器配置成接收由所述第一半导体光学放大器发射的光的一部分并且配置成感测其的波长；以及控制系统，所述控制系统配置成：从所述波长传感器接收波长感测信号，计算所述波长感测信号与波长设定点之间的差，以及将波长校正信号应用到波长致动器，以降低所述波长感测信号与所述波长设定点之间的所述差。
在一个实施例中，所述多通道激光源包括在所述第一后镜和所述第一波长相关耦合器之间的移相器，其中所述波长致动器包括所述移相器。
在一个实施例中，所述第一波长相关耦合器包括用于调整所述第一谐振波长的耦合器波长致动器，其中所述波长致动器包括所述耦合器波长致动器。
在一个实施例中，所述波长传感器配置成从所述第一波长相关耦合器的第四端口接收光。
在一个实施例中，所述波长传感器包括：Mach-Zehnder干涉仪，其具有第一臂和比所述第一臂更长的第二臂，以及配置成控制所述第二臂的一部分的所述温度的温度控制系统。
在一个实施例中，所述第一半导体光学放大器包括第一半导体芯片中的波导；以及所述波长传感器包括光电二极管，所述光电二极管位于所述第一半导体芯片中。
在一个实施例中，一种多路复用的多通道激光源包括：第一多通道激光源、第二第一多通道激光源以及多路复用器，所述多路复用器包括：第一输入、第二输入以及输出，所述多路复用器配置成：将光从第一输入传输到所述输出以及将光从第二输入传输到所述输出。
附图说明
参考说明书、权利要求和附图将领会和理解本发明的这些和其他特征和优点，所述附图中：
图1A是根据本发明的实施例的多通道激光器的示意图；
图1B是根据本发明的实施例的光谱的示意图；
图2A是根据本发明的实施例的游标环形谐振器滤波器的示意图；
图2B是根据本发明的实施例的游标环形谐振器滤波器的示意图；
图2C是根据本发明的实施例的游标环形谐振器滤波器的示意图；
图3A是根据本发明的实施例的多通道激光源的示意图；
图3B是根据本发明的实施例的光谱的示意图；
图4是根据本发明的实施例的多通道激光源的示意图；
图5是根据本发明的实施例的用于波长感测的系统的示意图；
图6是根据本发明的实施例的多通道激光源的示意图；
图7是根据本发明的实施例的多通道激光源的示意图；
图8是根据本发明的实施例的多通道激光源的示意图；
图9A是根据本发明的实施例的第一类型的可调谐光栅辅助的同向耦合器的示意图；
图9B是根据本发明的实施例的第二类型的可调谐光栅辅助的同向耦合器的示意图；以及
图9C是根据本发明的实施例的第三类型的可调谐光栅辅助的同向耦合器的示意图。
具体实施方式
以下结合附图阐述的详细描述被意图作为根据本发明提供的多通道激光源的示例性实施例的描述，并且不意图表示其中可以构造或利用本发明的唯一形式。该描述结合图示的实施例阐述了本发明的特征。然而，要理解的是，相同或等同的功能和结构可以由不同的实施例来实现，其也被意图涵盖在本发明的精神和范围内。如本文中其他位置所指代的，相似的元件编号意图指示相似的元件或特征。
参考图1A，在第一实施例中，集成有不同的带隙和材料成分的多个RSOA 100以构造多通道可调谐激光器。每个RSOA向多个激光通道中的一个或多个提供光学增益，每个激光通道在相应的波长下生成光，并且所有通道被组合到单个输出波导或“总线波导”115。在该实施例中，对于每个通道，采用单个游标环形谐振器可调谐滤波器集合（或简称为“游标环形谐振器滤波器”），以在激光腔体内部执行增益选择以选择产生激光（lasing）的波长，并将产生激光的光与进入单个总线波导115的其他通道的光进行组合，所有内部激光腔体具有共享的输出耦合器（或“输出镜”）120。每个游标环形谐振器滤波器作为波长相关耦合器进行操作，如以下进一步详细讨论的。对于每个通道仅需要一个游标环形谐振器滤波器，并且可以以使激光腔体更长为代价添加和所期望的一样多的通道。每个RSOA芯片可以分离地制造（例如，用III-V半导体材料制成）并且对准于（和接合到）硅光子芯片，所述硅光子芯片包括所示的其他光学组件（例如，游标环形谐振器滤波器110、总线波导115和输出耦合器120）。RSOA的反射表面可以作为激光腔体的后镜（back mirror）进行操作。在一些实施例中，后镜是与半导体光学放大器分离的元件。图1B示出了可以由图1A的实施例生成的光谱的示例。每个游标环形谐振器滤波器的第四端口可以连接到光学吸收器145（或用于波长感测），如以下进一步详细讨论的。
参考图2A，在一些实施例中，每个游标环形谐振器滤波器是包括三个多模干涉耦合器（MMI）210A-C的四端口器件，其与被称为半环220A-220D的波导路径连接在一起。每个MMI具有四个端口，其可以被称为输入端口230A、输出端口230B、耦合端口230C和隔离端口230D。（i）传输到耦合端口的功率与（ii）供应到输入端口的功率的比率可以被称为耦合因子。如果输出端口230B被定义为与输入端口230A相对的端口，如图2A中所示，则耦合因子也可以被称为“交叉耦合”，并且（i）传输到耦合端口的功率与（ii）供应到输入端口的功率的比率可以被称为“条形耦合（bar coupling）”（“078专利”中采用的术语）。输入端口和隔离端口可以（例如，在“078专利”中）被称为“后端”端口，并且输出端口和耦合端口可以（例如，在“078专利”中）被称为“前端”端口。在“078专利”中公开了游标环形谐振器滤波器的其他示例。
半环中的每一对利用两个相应的MMI形成闭合的光学路径，其可以被称为环形谐振器（或称为“简单”或“单个”谐振器，以将其与游标环形谐振器滤波器区分，所述游标环形谐振器滤波器可以包括两个或更多个（耦合的）简单环形谐振器）。光可以通过MMI被耦合到该闭合的光学路径中或离开该闭合的光学路径。例如，对于包括第一MMI 210A、第一和第二半环220A、220B和第二MMI 210B的第一谐振器，在正向方向（从RSOA到输出耦合器）上传播的光可以进入第一MMI 210A的输入端口230A，并且围绕由第一和第二半环220A、220B以及第一和第二MMI 210A、210B形成的第一环传播。围绕该环传播的光的一部分可以被耦合离开第一环并到由第三和第四半环220C、220D以及第二和第三MMI 210B、210C形成的第二环中。在针对其围绕闭合的路径的往返相位（round-trip phase）是2π的倍数的波长下，可以说该环形谐振器处于谐振，并且耦合到环形谐振器中的光与在环形谐振器中循环的光建设性地干涉，这导致比对于在其下环形谐振器未处于谐振的波长的情况更大的循环功率。环形谐振器的连续谐振波长之间的波长（或频率）区分被称为环形谐振器的自由光谱范围（FSR）。由第三和第四半环220C、220D以及第二和第三MMI 210B、210C形成的第二环形谐振器可以以类似的方式进行操作。
如上所述，游标环形谐振器滤波器（其包括第一环形谐振器和第二环形谐振器）可以充当波长相关耦合器，其中（例如，对于正向行进光）第一MMI 210A的输入端口230A是游标环形谐振器滤波器的输入端口，并且第三MMI 210C的耦合端口230C是游标环形谐振器滤波器的耦合端口。在其下第一谐振器和第二谐振器两者都处于谐振的波长下，游标环形谐振器滤波器处于谐振，并且游标环形谐振器滤波器的耦合比率是高的。游标环形谐振器滤波器可以是互易器件，使得当它处于谐振时，在总线波导115上从输出耦合器120返回的光可以通过游标环形谐振器滤波器110耦合回到RSOA。当第一游标环形谐振器滤波器的谐振波长几乎等于第二游标环形谐振器滤波器的谐振波长时，游标环形谐振器滤波器可以在两个波长之间的波长下处于谐振。当游标环形谐振器滤波器未处于谐振时，游标环形谐振器滤波器的耦合比率是低的。第一环形谐振器和第二环形谐振器可以具有稍微不同的自由光谱范围，使得在其下游标环形谐振器滤波器处于谐振的波长是相对宽地分离，并且使得在其下游标环形谐振器滤波器处于谐振的仅一个波长落入RSOA的增益带宽内。游标环形谐振器滤波器的连续谐振波长之间的这种（相对宽的）区分可以被称为游标环形谐振器滤波器的自由光谱范围（FSR）。游标环形谐振器滤波器的谐振峰值的宽度（例如，在其之上耦合比率处于峰值中的最大耦合比率的3dB内的波长范围）可以被称为游标环形谐振器滤波器的“带宽”，并且它可以以波长或频率为单位来表示。在一些实施例中，可以使用诸如图2B的游标环形谐振器滤波器的双环游标环形谐振器滤波器或诸如图2C的游标环形谐振器滤波器的三环游标环形谐振器滤波器来代替图1A的实施例中（或在以下讨论的图3A、图4和图5的实施例中）的图2A的双环游标环形谐振器滤波器。可以使用移相器135（图1A）来调谐游标环形谐振器滤波器的谐振波长，如例如在图2B和图2C中所示，所述移相器135可能使用加热器，或者如例如在 “078专利”中所描述的，所述移相器135可能使用p-n或p-i-n结。在一些实施例中，图2A-2C中所示的MMI中的每个具有等于其条形耦合比率的交叉耦合比率。
再次参考图1A，根据图2A的多个游标环形谐振器滤波器110（或游标谐振器的备选实施例，诸如在“078专利”中公开的那些）可以用于将相应的多个RSOA耦合到总线波导，在其输出端处宽带部分反射元件充当对于所有的通道的输出耦合器120。每个RSOA芯片100可以在相应的波长带中提供光学增益。RSOA芯片100可以包括不同的相应外延（“epi”）设计或材料系统，并且具有不同的相应增益谱中心波长，其共同跨大的光谱范围。每个带中的带宽和通道的数量可能由用于该带的RSOA芯片100的增益带宽所限制。每个RSOA芯片可以包括RSOA 105的阵列，每个RSOA 105形成为RSOA芯片100中的分离波导，并且每个RSOA 105使用RSOA芯片100为通道中的相应一个提供光学增益。如本文中所使用的，“带”或“波长带”是指在其之上RSOA芯片具有可观的增益的波长的范围。
在一些实施例中，每个通道包括移相器130（Δφ）和幅度调制器140（ΔT）。可以包括移相器130以能够实现产生激光的波长的精确控制，并且可以包括幅度调制器140以能够实现激光功率的调制。在其之上可以执行激光腔体内部的振幅调制的带宽与腔体长度成反比。在一些实施例中，以几kHz或几MHz的速率的幅度调制可以用于通道识别或用于接收器处的零差/外差检测；在一些实施例中，由于腔体的长度，以GHz频率的调制可能是不切实际的。
在一些实施例中，作为使用幅度调制器的备选方案，利用期望的幅度调制图案调制RSOA偏置。这消除了在激光腔体内部对于分离的幅度调制器的需要，其添加了损耗，而且增加了RSOA驱动电路的复杂度。对于所有通道，激光腔体的长度可以大致相同，并且随着添加更多通道，对于所有通道所述长度都增加。可以选择腔体长度，使得腔体模式之间的波长区分（腔体的自由光谱范围）大于任何的游标环形谐振器滤波器的带宽，使得一次只有一种模式将在任何通道中产生激光。例如，对于10皮可米（pm）的腔体自由光谱范围，可以使用约5cm的腔体长度；该腔体长度可以容纳100个通道或更多。
例如，输出镜可以利用1x2功率分流器（power splitter）来实现，所述功率分流器在一个输出臂上具有宽带高反射器，其中1x2功率分流器的分流比率确定输出镜的反射率，并且其中分流器利用宽带MMI或定向耦合器来实现，并且宽带高反射器利用金属涂层或Sagnac环路来实现。多通道激光器的总光谱跨度最终可能由输出镜中使用的宽带MMI或耦合器的特性所限制。在一些实施例中，宽带输出镜利用集成在输出波导中的先进薄膜涂层来实现，或者利用被包括在输出波导中的宽带（例如，啁啾）DBR光栅来实现。
参考图3A，在第二实施例中，多通道激光源包括多个多通道激光器，每个激光器具有相应的总线波导。相应的宽带部分反射元件在每个多通道激光器中充当对于多通道激光器的所有的通道的相应输出耦合器120。所有的多通道激光器的输出在带多路复用器（MUX）中被组合，以形成多通道激光源的输出。如果容易可得的输出耦合器120（例如，如在图1A的实施例中使用的）的带宽不足以覆盖期望的光谱跨度，或者如果在根据图1A构造多通道激光源的情况下腔体长度太长，则可以使用图3A的实施例。如果带MUX是紧凑的，则图3A的实施例可以比图1A的实施例更紧凑。图3B示出了可以由图3A的实施例生成的光谱的示例。
如本文中所使用的，多通道激光器是指具有多个通道的激光器，诸如图1A的激光器，并且能够同时在多于一个波长下产生光，所述通道共享至少一个元件（例如，图1A的输出耦合器120）。如本文中所使用的，多通道激光源是指能够同时在多于一个波长下产生光的光源，并且包括一个或多个激光器（诸如图3A中所图示的实施例，其包括三个多通道激光器）。
图3A示出针对每个带（即，针对RSOA芯片100中的每个）的一个总线波导，但是不要求这种对应。每个总线波导可以使用如所图示的单个RSOA芯片100从多个通道收集光，或者它可以使用多于一个的不同的RSOA芯片100从多个通道收集光（例如，它可以使用第一RSOA芯片100从一个或多个通道以及使用第二RSOA芯片100从一个或多个通道收集光），或者多个总线波导中的每个可以使用单个RSOA芯片100从多个通道的相应子集收集光。
参考图4，如果在RSOA芯片100中的一个或多个中使用非均匀加宽的RSOA材料（诸如量子点（QD）或量子划线（QDASH）材料）代替量子阱（QW）异质结构，则第三实施例可以比图1A和图3A的实施例更紧凑。非均匀加宽的增益材料可以支持RSOA芯片100中的单个波导中（即，单个RSOA中）的多个模式的产生激光。在QD或QDASH RSOA芯片中共享RSOA的通道之间的波长间隔可以大于RSOA材料的均匀加宽的宽度，使得通道不会在显著程度上为增益而竞争。QD或QDASH材料可能针对多通道激光源的所有带是不容易可得的；因此，RSOA芯片100中的一些可以使用这种材料，而一些其他芯片可以使用其他材料。非均匀加宽的RSOA芯片可以然后每RSOA（即，RSOA芯片中的每波导）具有多于一个的通道。在图4的实施例中，最顶部的RSOA芯片（用于“p”波长带）被非均匀地加宽，并且仅包括一个RSOA 105，其同时支持多个通道（其中三个被示出）；其他两个RSOA芯片100配置成每RSOA仅具有一个通道。图3B示出了可以由图4的实施例生成的光谱的示例。
将理解的是，在一些实施例中，可以使用单个环形谐振器或包括多于两个环形谐振器的复合环形谐振器来代替图1A、图3A和图4的实施例的游标环形谐振器滤波器110中的一个或多个。将理解的是，尽管在图1A、图3A和图4中仅图示了三个RSOA芯片和三个带，但是多通道激光器或多通道激光源可包括更多或更少的RSOA芯片和带。
参考图5，在一些实施例中，可以使用不等臂Mach-Zehnder干涉仪510和两个光电检测器520来执行波长感测。光电检测器520中的每个可以包括在波导上的或耦合到波导的反向偏置结，并且可以在以相同波长带进行操作的RSOA芯片100上被制造。Mach-Zehnder干涉仪510包括充当分流器的第一MMI 530和充当组合器的第二MMI 530。除了可以比第二臂550的对应部分更长的并可能导致两个臂540、550之间的长度差的部分560之外，Mach-Zehnder干涉仪510的第一臂540的波导可以位于Mach-Zehnder干涉仪510的第二臂550的波导旁边。可以感测和控制Mach-Zehnder干涉仪510的温度，以降低Mach-Zehnder干涉仪510中的差分相位改变，否则如果Mach-Zehnder干涉仪510的温度（并且因此，差分光学路径延迟）改变，则可能发生Mach-Zehnder干涉仪510中的差分相位改变。图5示出了具有多于两个通道的多通道激光源的两个通道（其余部分未在图5中示出）。
可以选择两个臂540、550的长度，使得当由Mach-Zehnder干涉仪510接收的光的波长是期望波长时，由两个光电检测器520生成的相应光电流相等。因此，反馈电路可以通过计算（例如，使用差分放大器）两个光电流之间的差来形成误差信号，并且误差信号可以被放大并滤波并且反馈回到一个或多个元件（或“波长致动器”）以用于调整波长。这样的波长致动器可以是波长相关耦合器的一部分（并且可以被称为“耦合器波长致动器”），并且可以是例如半环的一个或多个上的（例如，全部上的）、可调谐光栅辅助的同向耦合器上的（以下进一步详细讨论）和/或分布式布拉格反射器（以下进一步详细讨论）上的移相器（例如，加热器或p-i-n结）。在一些实施例中，如果通道的激光腔体的自由光谱范围大于波长相关耦合器的谐振带宽，则可以控制移相器130以便将激光腔体的谐振频率保持在波长相关耦合器的谐振带宽内。在这样的实施例中，移相器130充当附加的波长致动器，其可以完全遵循波长相关耦合器的中心波长，或者可以提供比波长相关耦合器的移相器更精细（或更快）的波长控制。以这种方式，可以控制每个输出波长。输出波长中的每个也可以是可调谐的，例如通过在误差信号由反馈电路所放大并滤波之前将偏移信号添加到所述误差信号。Mach-Zehnder干涉仪510可以被馈送有由要针对其测量波长的通道的RSOA所发射的光的一部分，例如，它可以由来自要针对其测量（并控制）波长的通道的相应游标环形谐振器滤波器的第一MMI 210A的输出端口230B的光所馈送，如图5中所示。
图6示出了多通道激光器的实施例，所述实施例类似于图1A的实施例，其中图1A的游标环形谐振器滤波器110已经利用第一类型的光栅辅助的同向耦合器（例如，可调谐光栅辅助的同向耦合器（TGACDC））所取代。这些光栅辅助的同向耦合器作为波长相关耦合器进行操作，如以下进一步详细讨论的。以类似于图1A的实施例的那样的方式，在图6的实施例中针对每个通道采用TGACDC以在激光腔体内部执行增益选择以选择产生激光的波长，并将产生激光的光与其他通道的光组合到单个总线波导115中，在激光腔体内部的所有这些具有共享的输出耦合器120。图1B示出了可以由图6的实施例生成的光谱的示例。
图7和图8示出了多通道激光源的实施例，每个多通道激光源包括多个通道，使用TGACDC作为波长选择性输出耦合器以及作为用于组合由多个通道生成的光的耦合器两者。图7和图8分别使用第二和第三类型的TGACDC，如以下进一步详细讨论的。
可以使用TGACDC的三种不同类型：i）第一类型（如Z.-M. Chuang and L. A.Coldren, IEEE JQE 29 (4) 1993 p. 1071中所描述的），其被设计成将分布式布拉格反射器（DBR）谐振波长100％传输到下降T端口（图9A，“TGACDC1”），ii）第二类型，其被设计成将DBR谐振波长部分地反射回到RSOA（图9B，“TGACDC2”），并且将谐振波长部分地传输到下降T端口，以及iii）第三复合类型，该类型由常规DBR（如A. J. Zilkie等人在 “Power-efficient III-V/Silicon external cavity DBR lasers”Opt. Express 20, 23456-23462 （2012）中所描述的）与第一类型的TGACDC组合而组成，以形成复合器件（图9C，“TGACDC3”），其也设计成将DBR谐振波长（在DBR中和在第一类型的所包括TGACDC中都处于谐振的波长）部分地反射回到RSOA，将谐振波长部分地传输到第一类型的下一TGACDC，并且将谐振波长（由第一类型的TGACDC）进一步100％传输到下降T端口。第三类型的复合TGACDC可以像第二类型的TGACDC那样定性地运转，并且可以用于代替第二类型的TGACDC，以避免可能存在于第二类型的TGACDC中的困难设计约束。非谐振（即，对于TGACDC针对其不处于谐振的波长），三种类型TGACDC中的每种可以作为两个基本上独立的平行波导进行运转，其中它们之间几乎没有或没有耦合（即，光直接穿过顶部波导而几乎没有或没有耦合到下降波导），并且几乎没有或没有来自TGACDC的反射。
在一些实施例中，通过向光栅添加波导集成加热器（例如，使用波导加热器或Si掺杂的集成加热器上的金属，其中可能具有底切（undercut）以使它更有效）使得所有光栅DBR波长可调谐。
如上所述，如果使用第一类型的TGACDC（图9A的类型）（例如，如图6中所图示的），则每个TGACDC执行与图1A的游标环形谐振器滤波器110中的一个滤波器相同的功能，并且所有的激光器（在不同的相应波长下）共享输出镜，用于所有的激光器的输出镜是所示的公共输出镜120。
参考图7，如果使用第二类型的TGACDC 710（图9B的类型），则TGACDC 710表现得像常规DBR镜，但是将激光输出光传输出离开总线波导。在这种情况下，不需要公共输出镜，因为每个波长的输出镜是相应的TGACDC 710。这也提供了以下优点：对于在每个波长下的相应激光器的腔体长度短得多，接近传统的单通道DBR，这意味着腔体FSR大得多，并且因此每个激光器可以在模式跳迁（hop）之间具有大得多的调谐范围，并且可以添加的激光器的数量不受限制。然而，图9B的类型的合适的TGACDC 710可能更难以设计并且可能具有更多的设计约束和/或更难以制造。图1B示出了可以由图7的实施例生成的光谱的示例。
第三类型的TGACDC（图9C的类型）是图9B的类型的TGACDC的备选实现方式，但是因为充当激光镜的DBR与GACDC功能性分离，因此将会具有不严格的设计约束和/或制造困难。图8示出了使用第三类型的TGACDC 810的多通道激光源。在图8中，为简单起见，将第三类型的每个复合TGACDC 810图示为简单的TGACDC。图1B示出了可以由图8的实施例生成的光谱的示例。尽管在一些实施例的描述中光栅辅助的同向耦合器被称为TGACDC（“可调谐光栅辅助的同向耦合器”），但在一些实施例中光栅辅助的同向耦合器不是可调谐的。
在图6、图7和图8中的每个中，波长发送和控制可以通过将由要针对其测量波长的通道的RSOA发射的光的一部分馈送到合适的波长传感器来执行（例如，如参考于5所描述的），例如，可以从TGACDC的“输出1 通过”端口当中将功率的一部分馈送到波长传感器。在其他实施例中，TGACDC的该端口耦合到光学吸收器，以防止寄生腔体或来自该端口的光被反射回到激光腔体中或总线波导中。
如本文中所使用的，“波长相关耦合器”是具有至少三个端口的光学器件，包括通道端口、总线输入和总线输出，并且其中端口之间的耦合或者一个或多个端口的反射率取决于馈送到波长相关耦合器的光的波长。波长相关耦合器的端口也可以例如在游标环形谐振器滤波器的及光栅辅助的同向耦合器的以上描述中由其他名称来指代。在一些实施例中（例如，图1A和图6的那些实施例），在波长相关耦合器的谐振波长下馈送到通道端口的光可以被很大程度上传输到波长相关耦合器的总线输出（例如，在0.1dB和1.0dB之间的或小于0.1 dB的损耗的情况下），并且在不同于波长相关耦合器的谐振波长（或者如果波长相关耦合器具有多于一个谐振波长，则不同于波长相关耦合器的每一个谐振波长）的波长下馈送到总线输入的光可以被很大程度上传输（例如，在0.1dB和1.0 dB之间的或小于0.1dB的损耗的情况下）到波长相关耦合器的总线输出。返回到通道端口的反射率和返回到总线输入的反射率可以在10％和1％之间，例如，小于5％或甚至小于1％。在其他实施例中（例如，图7和图8的那些实施例），在波长相关耦合器的谐振波长下馈送到通道端口的光可以被部分地反射（例如，具有10％和50％之间的反射率），并且被部分地传输（例如，具有40％和90％之间的传输率）到波长相关耦合器的总线输出，并且在不同于波长相关耦合器的谐振波长（或者如果波长相关耦合器具有多于一个谐振波长，则不同于波长相关耦合器的每一个谐振波长）的波长下馈送到总线输入的光可以被很大程度上传输（例如，在0.1dB和1.0dB之间的或小于0.1dB的损耗的情况下）到波长相关耦合器的总线输出。反射率（i）在不同于波长相关耦合器的谐振波长（或者如果波长相关耦合器具有多于一个谐振波长，则不同于波长相关耦合器的每一个谐振波长）的波长下返回到通道端口，以及（ii）返回到总线输入，可以在10％和1％之间，例如，小于5％或甚至小于1％。波长相关耦合器可以具有第四端口，所述第四端口可以（如上所述的）连接到光学吸收器或者可以用作在通道中的一个中生成的光的一部分的源，以供针对通道的波长感测和控制系统使用。第四端口的两种可能的使用在图6、图7和图8中被图示，其中在波长相关耦合器中的两个的第四端口处的箭头指代发送到波长传感器的光。在一些实施例中，波长相关耦合器的谐振特性的3dB带宽在0.01nm和1.00nm之间。
如上所述，本文中所描述的游标环形谐振器滤波器（例如，图1A的游标环形谐振器滤波器）和光栅辅助的同向耦合器（例如，TGACDC）是波长相关耦合器的示例。例如，在图1A中，游标环形谐振器滤波器中的每个的通道端口是左上端口，总线输入是左下端口，总线输出是右下端口，并且第四端口是右上端口。
本文中列举的任何数值范围旨在包括列举的范围内包摄的相同数值精度的所有子范围。例如，“1.0到10.0”的范围旨在包括1.0的所列举最小值和10.0的所列举最大值之间（并且包括在内）的所有子范围，即，具有等于或大于1.0的最小值，并且最大值等于或小于10.0，诸如例如2.4至7.6。本文中列举的任何最大数值限制旨在包括其中包摄的所有较低数值限制，并且本说明书中列举的任何最小数值限制旨在包括其中包摄的所有较高数值限制。
尽管本文中已具体描述和图示了多通道激光源的示例性实施例，但是许多修改和变化对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，要理解，根据本发明的原理所构造的多通道激光源可以如不同于本文中具体描述那样而被实施。本发明还在以下权利要求及其等同物中被限定。

Claims (24)

1.一种多通道激光源，包括：
总线波导，所述总线波导在所述总线波导的输出端处耦合到所述多通道激光源的输出；
第一半导体光学放大器；
第一后镜；
具有第一谐振波长的第一波长相关耦合器；
第二半导体光学放大器；
第二后镜；以及
具有不同于所述第一谐振波长的第二谐振波长的第二波长相关耦合器；
所述第一半导体光学放大器包括：
耦合到所述第一后镜的第一端，以及
第二端，
所述第一波长相关耦合器包括：
通道端口，所述通道端口连接到所述第一半导体光学放大器的所述第二端；
总线输出，所述总线输出连接到所述总线波导的第一部分；以及
总线输入，所述总线输入连接到所述总线波导的第二部分，所述总线波导的所述第二部分比所述总线波导的所述第一部分更远离于所述总线波导的所述输出端；
所述第二半导体光学放大器通过所述第二波长相关耦合器耦合到所述总线波导，
所述第一波长相关耦合器比所述第二波长相关耦合器更靠近所述总线波导的所述输出端，
所述第一波长相关耦合器配置成在所述第二谐振波长下将光从所述第一波长相关耦合器的所述总线输入传输到所述第一波长相关耦合器的所述总线输出。
2.根据权利要求1所述的多通道激光源，还包括在所述总线波导的所述输出端处的输出耦合器，其中所述第一波长相关耦合器配置成在所述第一谐振波长下将光从所述第一波长相关耦合器的所述通道端口传输到所述第一波长相关耦合器的所述总线输出。
3.根据权利要求1所述的多通道激光源，其中所述第一波长相关耦合器配置成反射在所述第一波长相关耦合器的所述通道端口处在所述第一谐振波长下接收的光的第一部分，并且配置成将在所述第一波长相关耦合器的所述通道端口处在所述第一谐振波长下接收的光的第二部分传输到所述第一波长相关耦合器的所述总线输出。
4.根据权利要求3所述的多通道激光源，其中所述第一部分是所述接收的光的至少10％，并且所述第二部分是所述接收的光的至少40％。
5.根据权利要求1所述的多通道激光源，其中所述第一波长相关耦合器配置成在所述第二谐振波长下将在所述通道端口处接收的光传输到所述第一波长相关耦合器的第四端口。
6.根据权利要求5所述的多通道激光源，其中所述第一波长相关耦合器的所述第四端口连接到光学吸收器。
7.根据权利要求1所述的多通道激光源，其中所述第一后镜和所述第一半导体光学放大器配置为反射半导体光学放大器。
8.根据权利要求1所述的多通道激光源，其中所述第一波长相关耦合器包括第一环形谐振器。
9.根据权利要求8所述的多通道激光源，其中所述第一波长相关耦合器还包括第二环形谐振器，所述第一环形谐振器和所述第二环形谐振器配置成作为游标环形谐振器滤波器进行操作。
10.根据权利要求1所述的多通道激光源，其中所述第一波长相关耦合器包括光栅辅助的同向耦合器。
11.根据权利要求10所述的多通道激光源，其中所述第一波长相关耦合器还包括与所述光栅辅助的同向耦合器以级联连接的分布式布拉格反射器。
12.根据权利要求1所述的多通道激光源，其中所述第一波长相关耦合器包括用于调整所述第一谐振波长的波长致动器。
13.根据权利要求1所述的多通道激光源，还包括在所述第一后镜和所述第一波长相关耦合器之间的移相器。
14.根据权利要求1所述的多通道激光源，还包括在所述第一后镜和所述第一波长相关耦合器之间的幅度调制器。
15.根据权利要求1所述的多通道激光源，其中所述第一半导体光学放大器是与所述第二半导体光学放大器相同的半导体光学放大器。
16.根据权利要求1所述的多通道激光源，其中所述第一半导体光学放大器包括第一半导体芯片中的第一波导，并且所述第二半导体光学放大器包括所述第一半导体芯片中的第二波导。
17.根据权利要求1所述的多通道激光源，其中所述第一半导体光学放大器包括第一半导体芯片中的波导，并且所述第二半导体光学放大器包括与所述第一半导体芯片不同的第二半导体芯片中的波导。
18.根据权利要求1所述的多通道激光源，还包括：
波长传感器，所述波长传感器配置成接收由所述第一半导体光学放大器发射的光的一部分并且配置成感测其的波长；以及
控制系统，所述控制系统配置成：
从所述波长传感器接收波长感测信号，
计算所述波长感测信号与波长设定点之间的差，以及
将波长校正信号应用到波长致动器，以降低所述波长感测信号与所述波长设定点之间的所述差。
19.根据权利要求18所述的多通道激光源，还包括在所述第一后镜和所述第一波长相关耦合器之间的移相器，其中所述波长致动器包括所述移相器。
20.根据权利要求18所述的多通道激光源，其中所述第一波长相关耦合器包括用于调整所述第一谐振波长的耦合器波长致动器，其中所述波长致动器包括所述耦合器波长致动器。
21.根据权利要求18所述的多通道激光源，其中所述波长传感器配置成从所述第一波长相关耦合器的第四端口接收光。
22.根据权利要求18所述的多通道激光源，其中所述波长传感器包括：Mach-Zehnder干涉仪，其具有第一臂和比所述第一臂更长的第二臂，以及配置成控制所述第二臂的一部分的所述温度的温度控制系统。
23.根据权利要求18所述的多通道激光源，其中：
所述第一半导体光学放大器包括第一半导体芯片中的波导；以及
所述波长传感器包括光电二极管，所述光电二极管位于所述第一半导体芯片中。
24.一种多路复用的多通道激光源，包括：
根据权利要求1所述的第一多通道激光源，
根据权利要求1所述的第二第一多通道激光源，以及
多路复用器，
所述多路复用器包括：
第一输入，
第二输入，以及
输出，
所述多路复用器配置成：
将光从第一输入传输到所述输出，以及
将光从第二输入传输到所述输出。
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