CN111819744B - 波长可调谐激光器 - Google Patents

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Abstract

本申请揭示了一种波长可调谐激光器。该波长可调谐激光器包括反射式半导体光放大器、三个耦合器和至少两个微环谐振器；其中，所述反射式半导体光放大器跟所述第一耦合器的一个端口连接，所述第一耦合器的另一端口和所述第二耦合器的一个端口之间放置所述至少两个微环谐振器中的部分微环谐振器，所述第一耦合器的第三端口和所述第二耦合器的第二端口之间放置所述至少两个微环谐振器中的另一部分微环谐振器，所述第二耦合器的第三端口和第四端口跟所述第三耦合器的两个端口连接。通过对称设计，本申请揭示的波长可调谐激光器可以提高光信号输出效率。

Description

波长可调谐激光器
技术领域
本申请涉及光器件领域，尤其涉及激光器。
背景技术
波长可调谐激光器是光通信系统中非常重要的光电子器件之一。目前，波长可调谐激光器已被广泛地应用到骨干和城域光网络设备中。其中，被应用最广泛的波长可调谐激光器包括基于III-V材料体系的单片集成分布式布拉格反射(Distributed BraggReflector，DBR)激光器、分布式反馈布拉格(Distributed Feedback Bragg，DFB)激光器阵列以及基于空间光学耦合的外腔激光器。受到材料损耗和激光器腔长的限制，当前100Gbps的正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)系统中应用的DBR和DFB激光器的线宽典型值小于300kHz。因此，这些激光器很难满足更高阶相干调制系统(例如：正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM))针对窄线宽的需求，例如：线宽小于100kHz。另一方面，外腔型可调谐激光器虽然具有极窄的线宽性能，但其不易与调制器和接收机等器件进行集成，因此不利于光模块小型化的发展。
目前针对应用到高阶相干系统中的窄线宽可调谐激光器的研究热点是采用混合集成技术的可调谐激光器。图1所示为现有的一种波长可调谐激光器结构示意图。如图1所示，该波长可调谐激光器包括半导体光放大器101、第一多膜干涉仪耦合器102、第二多膜干涉仪耦合器105、两个微环谐振器(103a和103b)以及非对称马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer，MZI)104。其中，半导体光放大器101用于产生自发辐射光和光放大，第一多膜干涉仪耦合器102、第二多膜干涉仪耦合器105和两个微环谐振器(103a和103b)构成了滤波器，用于对自发辐射光进行滤波和波长调谐(即选择)。该波长可调激光器通过MZI 104能够实现输出端口106的光功率进行调节。但是，当光信号从微环谐振器103b耦合进入第二多膜干涉仪耦合器105时，存在一些(如3dB)能量损失。因此，这个额外的损耗会造成激光器的输出效率降低。
发明内容
本申请实施例提供一种波长可调谐激光器，以达到提高输出效率的目的。
第一方面，本申请实施例提供了一种波长可调谐激光器。所述波长可调谐激光器包括：反射式半导体光放大器、三个耦合器和至少两个微环谐振器。其中，所述三个耦合器包括第一耦合器，第二耦合器和第三耦合器，他们分别包括三个、四个和三个端口。这些组件的连接关系为：所述反射式半导体光放大器跟所述第一耦合器的第一端口连接，所述第一耦合器的第二端口和所述第二耦合器的第一端口之间放置所述至少两个微环谐振器中的部分微环谐振器，所述第一耦合器的第三端口和所述第二耦合器的第二端口之间放置所述至少两个微环谐振器中的另一部分微环谐振器，所述第二耦合器的第三端口和第四端口跟所述第三耦合器的两个端口连接。
在一种具体的设计中，所述第一耦合器和所述第三耦合器的耦合系数相同，从而最大程度地从第三耦合器输出的光信号的输出效率。
上述至少两个微环谐振器具体可以为两个谐振器，或者两个以上的微环谐振器(例如：四个微环谐振器)。
在一种可能的实现方式中，所述第一耦合器的第二端口和所述第二耦合器的第一端口之间放置所述至少两个微环谐振器中的部分微环谐振器，所述第一耦合器的第三端口和所述第二耦合器的第二端口之间放置所述至少两个微环谐振器中的另一部分微环谐振器，具体包括：所述至少两个微环谐振器包括第一微环谐振器和第二微环谐振器；所述第一耦合器的第二端口和所述第一微环谐振器的一个波导连接，所述第二耦合器的第一端口和所述第一微环谐振器的另一个波导连接；所述第一耦合器的第三端口和所述第二微环谐振器的一个波导连接，所述第二耦合器的第二端口和所述第二微环谐振器的另一个波导连接。
在一种具体的设计中，所述第一微环谐振器和第二微环谐振器的任意一个包括一个微环或多个微环。
在另一种可能的实现方式中，所述第一耦合器的第二端口和所述第二耦合器的第一端口之间放置所述至少两个微环谐振器中的部分微环谐振器，所述第一耦合器的第三端口和所述第二耦合器的第二端口之间放置所述至少两个微环谐振器中的另一部分微环谐振器，具体包括：所述至少两个微环谐振器包括第一微环谐振器，第二微环谐振器，第三微环谐振器和第四微环谐振器；所述第一耦合器的第二端口和所述第一微环谐振器的一个波导连接，所述第二耦合器的第一端口和所述第二微环谐振器的一个波导连接；所述第一耦合器的第三端口和所述第三微环谐振器的一个波导连接，所述第二耦合器的第二端口和所述第四微环谐振器的一个波导连接。
在一种可能的设计中，所述第一微环谐振器和第二微环谐振器连接，所述第三微环谐振器和第四微环谐振器连接。
在另一种可能的设计中，所述第一微环谐振器和第二微环谐振器之间和所述第三微环谐振器和第四微环谐振器之间的任意一个放置一个或多个微环谐振器。
在一种可能的设计中，所述第一微环谐振器、第二微环谐振器、所述第三微环谐振器和第四微环谐振器任意一个包括一个微环或多个微环。
在一种可能的设计中，所述反射式半导体光放大器和所述第一耦合器连接的端面镀增透膜，所述反射式半导体光放大器的另一端面镀高反膜。这么做的好处是可以提高光信号的输出功率。
在一种可能的设计中，所述第三耦合器的另一端口连接另一个半导体光放大器。从而可以进一步放大从第三耦合器输出的光信号，以提高激光器的光信号输出功率。
在一种可能的设计中，上述另一个半导体光放大器的两个端面均镀增透膜。
在一种可能的设计中，所述至少两个微环谐振器连接多个光探测器，所述光探测器用于获取微环的光功率信息，以实现所述波长可调谐激光器输出的目标波长和微环谐振波长对准。
在一种可能的设计中，所述波长可调谐激光器还包括一个折射率调谐单元；所述至少两个微环谐振器的每一个微环谐振器上设有另一个折射率调谐单元。具体地，所述折射率调谐单元和所述另一个折射率调谐单元的调节方式为如下三种方式的任意一种：热调节、载流子注入调节或压光调节。
需要说明的是，所述三个耦合器、所述至少两个微环谐振器和所述输出波导包括如下四种材料中的任意一种：硅、氮化硅、二氧化硅和聚合物材料。所述第一耦合器和所述第三耦合器均为Y型结构或多模干涉仪结构，所述第二耦合器为定向耦合器结构或多模干涉仪结构。
第二方面，本申请实施例提供了另一种系统。该系统包括第一方面的任意一种实现方式提供的波长可调谐激光器和控制电路。所述控制电路实现对波长可调谐激光器进行波长控制。
使用本申请提供的波长可调谐激光器或者包括波长可调谐激光器的系统，通过巧妙的滤波器区域和输出结构的设计，可以有效地将滤波器区域输出的光信号汇聚起来输出，结构简单而且可以提高光信号的输出效率。。
附图说明
下面将参照所示附图对本申请实施例进行更详细的描述：
图1为现有的一种波长可调谐激光器结构示意图；
图2为本申请提供的一种波长可调谐激光器结构示意图；
图3为本申请第一实施例提供的一种波长可调谐激光器结构示意图；
图4为本申请第二实施例提供的一种波长可调谐激光器结构示意图；
图5为本申请第三实施例提供的一种波长可调谐激光器结构示意图；
图6为微扰信号、直通端透过率以及PD检测到的电流的关系示意图；
图7a为本申请第四实施例提供的一种波长可调谐激光器结构示意图；
图7b为本申请第四实施例提供的另一种波长可调谐激光器结构示意图；
图8为本申请第五实施例提供的一种波长可调谐激光器的结构示意图。
具体实施方式
波长可调谐激光器是一种在一定波长范围内可以改变激光输出波长的激光器。其用途广泛，包括用于医学、半导体材料加工和光通信系统等领域。例如，当应用到光通信系统中，通常波长可调谐激光器为光通信设备的一部分，用于光信号的发送或者接收等。波长可调谐激光器有很多种类型。例如，基于III-V材料体系的单片集成DBR激光器、DFB激光器阵列、基于空间光学耦合的外腔激光器和基于混合集成技术的激光器等。激光器包括增益区和波长调谐区域。混合集成技术指的是增益区采用如III-V材料，而波长调谐区域采用另一种无源、低损耗的可制作集成光路(Photonic Integrated Circuit，PIC)的材料来制作可调谐激光器的技术。本申请主要针对是基于混合集成技术的激光器。波长调谐区域有时也称为滤波器区域。为了简化说明，后续统一称为滤波器区域。
图2所示为本申请提供的一种波长可调谐激光器结构示意图。如图2所示的波长可调谐激光器200包括反射式半导体光放大器(Semiconductor Optical Amplifier，SOA)201、三个耦合器(202、204和205)和至少两个微环谐振器(203a和203b)。其中，耦合器202包括三个端口，耦合器204包括四个端口，耦合器205包括三个端口。这些组件的关系如图2所示。具体地，耦合器202的一个端口与反射式SOA 201连接。耦合器202的另外两个端口分别与微环谐振器203a的一个端口和微环谐振器203b的一个端口连接。微环谐振器203a的另一个端口和微环谐振器203b的另一个端口分别与耦合器204的两个端口连接。耦合器204的另外两个端口和耦合器205的两个端口连接。耦合器205的另外一个端口用于输出激光。需要说明的是，反射式SOA指的是SOA的一个端面具备反射光信号的能力，三个耦合器和两个微环谐振器采用的无源波导材料。此外，所述耦合器202和反射式SOA 201的连接可以是对接耦合或光栅耦合等本领域技术人员常用的耦合方式；而耦合器202和205、以及微环谐振器的连接是通过波导直接连接。还需要说明的是，上述对于耦合器端口的限制仅是对最小端口的限制，实际使用过程中，还可以使用端口数更高的端口来实现上述的三个耦合器。本申请对此不作限制。
图2所示的激光器组件可以划分为两个主要的功能部分。其中，反射式SOA 201构成增益区，用于产生自发辐射光和放大光信号。而三个耦合器202、至少两个微环谐振器(203a和203b)和耦合器204构成了滤波器区域，用于实现对输入其中的光信号进行滤波，获得不同波长的激光输出。此外，耦合器204通过跟耦合器205连接的端口向耦合器205输出指定波长的光信号。需要说明的是，增益区和滤波器区域配合使用，对光信号进行多次的处理，最终输出激光。也就是说，增益区产生自发辐射光和对光信号进行放大，而滤波器区域对光信号进行滤波，并将光信号重新输入到增益区进行放大。产生的激光从滤波器区域的右侧组件(即图2中的耦合器205的右侧端口)输出。在实际的应用中，还可以通过反射式SOA201的左侧端面输出。本申请揭示的激光器通过滤波器区域输出，而不通过反射式SOA 201输出激光的好处是：通过无源的波导材料输出，可以更好地集成其他的基于该材料的功能器件，例如：调制器、相干接收机等，从而提高耦合效率。
需要说明的是，图2所示的微环谐振器203a和203b给出的是一个单微环谐振器的结构示意。以微环谐振器203a为例，它由一个环形波导和在这个环形波导两侧并行的两个波导组成。微环谐振器(Micro-ring Resonator，MRR)两侧的波导也被称为通道(Bus)波导。在实际的应用中，环形波导可以是其他形状。例如：跑道形或者圆滑方形等。此外，微环谐振器203a和203b还可以是两个直波导间放置一排环形波导(后续简称多微环谐振器)、或者多个单微环谐振器级联等结构。具体地，可以参看图7a-7b相关的描述，此处不予赘述。本申请对微环谐振器的具体结构不做任何限制，仅要求微环谐振器支持滤波器功能。需要说明的是，本领域技术人员可知，为了实现较大的波长调谐范围，本申请中的多个微环谐振器的至少其中两个微环谐振器具备不同的自由光谱范围(Free Spectrum Range，FSR)。还需要说明的是，不论微环谐振器的具体个数和结构，本申请的波长可调谐激光器中的微环谐振器可以简单的分为两部分(或两组)。其中，一部分的微环谐振器放在两个耦合器的两个端口之间(即一个耦合器的一个端口和另一个耦合器的一个端口之间)，另一部分的微环谐振器放在两个耦合器的另两个端口之间。一般地，两组微环谐振器使用的微环谐振器的类型和数量均相同，这么做的好处是提高光信号后续耦合输出的效率。例如，两组微环谐振器分别为一个单微环谐振器。又如，两组微环谐振器均分别包括N个单微环谐振器。需要说明的是，两组微环谐振器中的微环半径可能不完全相同。
下面将基于上面所述的本申请涉及波长对准技术的共性方面，结合更多的附图，对本申请实施例进一步详细说明。需要说明的是，本申请的下述实施例中的术语“第一”、“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。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以本申请未描述的顺序实施。还需要说明的是，除非特殊说明，一个实施例中针对一些技术特征的具体描述也可以应用于解释其他实施例提及对应的技术特征。例如，在一个实施例中关于作为耦合器的具体器件举例，可以适用于其他所有实施例中关于耦合器的描述。此外，为了更加明显地体现不同实施例中的组件的关系，本申请采用相同的附图编号来表示不同实施例中功能相同或相似的组件。
图3为本申请第一实施例提供的一种波长可调谐激光器结构示意图。如图3所示的波长可调谐激光器300包括反射式SOA 201、三个耦合器(202、204和205)和两个微环谐振器(303a和303b)。这些组件的功能和连接关系见图2相关组件的描述，此处不予赘述。需要说明的是，与图2对微环谐振器结构没有限定这一点不同，本实施例中，耦合器202的一端和耦合器204的一端之间放置的是一个单微环谐振器(即303a)，耦合器202的另外一端和耦合器204的另外一端之间放置的也是一个单微环谐振器(即303b)。此外，本实施例中的波长可调谐激光器300还包括：第一折射率调谐单元301、第二折射率调谐单元302a和第三折射率调谐单元302b。其中，第一折射率调谐单元301也可以称为相位调节区，可以通过外部的控制模块304调节这个区域，从而改变经过这个单元的光信号的相位。第二折射率调谐单元302a和第三折射率调谐单元302b也可以称为第一波长调谐区和第二波长调谐区，控制模块304可以调节这两个区域，从而可以控制对应的微环谐振器的谐振波长，以使得特定波长的光信号能够通过微环输出到预定的输出端口。具体地，上述的调节可以采用如下方式的任意一种：热调节、载流子注入调节和压光调节。需要说明的是，上述三个调谐单元的具体调节方式可以相同或者不同，本申请不做任何限定。在具体的实施方式中，可以采用一个调节方式来调节这三个调谐单元，以降低制作和控制复杂度。需要说明的是，图3所示的相位调节区仅是一个示例。在具体的实现中，该区域可以放置在滤波器区域中除了微环部分以外的任意其他位置。还需要说明的是，控制模块304用于实现对波长可调谐激光器进行波长调节，从而输出具有特定波长的激光。本领域技术人员可知，该模块通常包括处理器、数模转换器、模数转换器、存储器等器件；此外，该模块通过电路跟波长可调谐激光器300的调谐单元进行连接。可选地，控制模块304也可以作为波长可调谐激光器300的一部分，从而构成一个整体。为了简化描述，后续实施例将折射率调谐单元简称为调谐单元，或者采用功能名称(即相位调节区和波长调谐区)。
可选地，图3中的反射式SOA 201的左侧端面镀高反膜，右侧面镀增透膜。这么做的好处是，可以让更多的光信号进入到滤波器区域，从而提高最终输出光信号的输出效率。
具体地，本实施例中的三个耦合器和两个微环谐振器的具体材料可以是如下列出材料的任意一种：硅、氮化硅、二氧化硅和聚合物材料。本领域技术人员可知，随着材料技术的发展，将来研发出来的新型材料或者当前正在研究但没有商用的材料也可以用于制作上述组件。
具体地，耦合器202和耦合器205均可以为Y型结构或多模干涉仪(Multi-ModeInterference)结构。而耦合器204可以为定向耦合器结构或者多模干涉仪(MMI)结构。此外，为了尽可能地提高输出效率，耦合器202和耦合器205的耦合系数设置为相同或者相似。例如，可以将耦合器202和耦合器205的耦合系数均设置为3dB(即50％∶50％)。耦合器204的耦合系数可根据激光器的输出效率要求来进行设计。在实际应用中，还可以结合其他系统设计需求(例如，激光器的阈值电流，输出功率等)来进行设置，本申请对此不作任何具体限定。
本实施例提供的波长可调谐激光器结构，通过对称设计(例如，耦合器202和耦合器205)，可以有效地将滤波器区域输出的光信号汇聚起来输出，结构简单且可以提高光信号的输出效率。
图4为本申请第二实施例提供的一种波长可调谐激光器结构示意图。如图4所示的波长可调谐激光器400包括反射式SOA 201、三个耦合器(202、204和205)、两个微环谐振器(303a和303b)、三个调谐单元(301、302a和302b)和另一SOA 401。其中，反射式SOA 201、三个耦合器(202、204和205)、两个微环谐振器(303a和303b)和三个调谐区(301、302a和302b)的功能和位置关系在图2-3已经有相关的描述，此处不予赘述。与第一实施例提供的波长可调谐激光器结构不同的是，在本实施例提供的波长可调谐激光器400中，耦合器205的输出端口处还连接了另一个SOA401。该放大器的作用是对从耦合器205输出的光信号进行进一步的放大，以提高光信号的输出功率。可选地，SOA 401的两个端面的其中任意一个端口可以镀增透膜，以减小SOA 401端面反射光对激光器稳定性的影响。
本实施例提供的波长可调谐激光器结构，通过对称的设计，可以有效地将滤波器区域输出的光信号汇聚起来输出，结构简单，而且可以提高光信号的输出效率。此外，通过使用SOA，进一步可以提高光信号的输出功率。
图5为本申请第三实施例提供的一种波长可调谐激光器结构示意图。如图5所示的波长可调谐激光器500包括反射式SOA 201、三个耦合器(202、204和205)、两个微环谐振器(303a和303b)、三个调谐单元(301、302a和302b)和两个光探测器(Photo-Detector，PD)(501a和501b)。其中，反射式SOA 201、三个耦合器(202、204和205)、两个微环谐振器(303a和303b)和三个调谐单元(301、302a和302b)的功能和位置关系在图2-3已经有相关的描述，此处不予赘述。与第一实施例提供的波长可调谐激光器结构不同的是，在本实施例提供的波长可调谐激光器500中，两个微环谐振器的一个端口均连接了一个PD，即微环谐振器303a的左侧bus波导的上端跟PD 501a连接，而微环谐振器303b的左侧bus波导的下端跟PD 501b连接。此外，所述两个PD输出端通过电路还跟控制模块502连接。所述两个PD用于获取其所连接的微环的监控光功率信息，以实现波长可调谐激光器500输出的目标波长和微环的谐振波长对准，从而提高激光器的输出功率，并且使激光器工作更稳定。下面，就使用PD来进行输出波长调节的过程进行说明。在下面的例子中，以从PD获取是监控电流为例进行进一步的说明。
在本实施例中，PD501a和PD501b连接的微环谐振器的端口简称为直通端。以微环谐振器303a为例，当从微环谐振器的左侧bus波导下侧的端口输入进微环谐振器的光信号和微环当前的谐振波长对准时，直通端的光信号的透过率最小。因此，PD在其直通端能够检测的电流最小。当控制模块通过一定的调节方式，例如：热调节，将小幅度的改变量(后续简称为“微扰信号”)施加到第二调谐单元302a时，对应地，微环的谐振波长也会发生一个较小的变化。相应地，PD在直通端能够检测到的电流也会随着这个微扰信号的改变而改变。于是，控制模块可以根据这个关联关系对每一个微环谐振器的谐振波长进行精确地调节，从而实现光信号和微环谐振波长的对准，以提高激光器的输出功率，同时使得激光器工作更稳定。
需要说明的是，由于控制模块采用的调节方式不同，微环的谐振波长的变化方向可能不同。例如，采用热调节中的电压调节来实现微环发热，随着电压的增加越高，对应的微环的谐振波长值越大。又如，如果采用载流子注入调节，那么载流子注入的浓度越高，则对应的波长值越小。下面的例子以热调节为例来进行进一步的说明。需要说明的是，下面例子是针对一个单微环谐振器为例。本领域技术人员可知，下述的分析同样适用于其他类型的微环谐振器或者微环谐振器组。如图6所示为微扰信号、直通端的透过率和PD的电流的变化关系示意图。从图中可以看出，随着控制模块施加的电压不同，直通端的透过率也发生变化。其中，假设第二曲线对应的是控制模块施加恒定的电压值所对应的直通端的透过率。那么，第一曲线和第三曲线则分别为控制模块施加了小于该恒定的电压值，或大于该恒定的电压值时所对应的直通端的光信号透过率。从图6可以看出，随着微扰信号的幅度发生变化，PD输出的电流也会变化。如图6所示，假设当前输出的激光器的波长跟微环的谐振波长有小的偏差，即激光器输出波长稍大于微环的谐振波长。那么，随着微扰信号幅度的变化，那么PD检测的电流幅度呈现出的是反向的变化。因此，当控制模块从PD获取到的电流信号和施加到微环上的扰动信号进行混合并滤除高频信号后，由于PD电流信号与扰动信号反相，因此得到的误差信号为负值。类似地，激光器输出波长稍小于微环的谐振波长，那么控制模块502获得的误差信号则为正值。从上面的描述可以看出，通过控制模块获得的误差信号的正负，可以判断当前激光器输出波长和微环的谐振波长的相对关系，从而通过控制模块502去调整施加在微环上的恒定电压从而可以将激光器的输出波长和微环的谐振波长对齐。例如，在图6中，控制模块502可以判断获得误差值为负数，那么可以判断当前的激光器输出波长比微环谐振器的谐振波长大，那么就可以通过增加施加的恒定的电压来对齐这两个波长。在具体的实现方式中，针对每一个微环谐振器，可以通过二分法或者其他方式来进行调整。本申请对具体的方法不做任何限定。
可选地，类似第二实施例，本实施例中可以通过增加另一个SOA来提高光信号输出功率。
本实施例提供的波长可调谐激光器结构，通过对称的设计，可以有效地将滤波器区域输出的光信号汇聚起来输出，结构简单，而且可以提高光信号的输出效率。此外，通过增加光探测器，实现了对激光器的输出波长与微环谐振器的谐振波长进行更精确的动态对准的目的，可以进一步提高光信号的输出功率，同时使激光器工作更加稳定。
图7a和图7b为本申请第四实施例提供的两种波长可调谐激光器结构示意图。如图7a所示的波长可调谐激光器600包括反射式SOA 201、三个耦合器(202、204和205)、两个微环谐振器(601a和602b)、多个调谐单元(301、602a和602b)和控制模块603。其中，反射式SOA201、三个耦合器(202、204和205)、以及多个调谐单元和控制模块603的功能和连接方式类似于图2-3，参见相关的描述，此处不予赘述。与第一实施例比，本实施例提供的第一个波长可调谐激光器有几个不同之处：首先，该波长可调谐激光器包含了控制模块。本领域技术人员可知，可选地，该控制模块和波长可调谐激光器的其他部分也可以由两个不同的厂商生产后，再组合后在实际中使用。其次，该波长调谐器中的微环谐振器为多微环谐振器。也就是说，一个谐振器中包含有多个微环。再次，因为微环谐振器类型的区别，导致了控制模块603需要控制的微环个数也有所不同。以一个多微环谐振器包含N个微环为例，那么控制模块603需要控制的微环个数为2N。需要说明的是，图中并没有将微环所有的调谐单元编号示出，仅给出了602a和602b两个示例。
如图7b所示的波长可调谐激光器700包括反射式SOA 201、三个耦合器(202、204和205)、多个微环谐振器(701a和702b)和多个调谐单元(301、302a和302b)。其中，反射式SOA201、三个耦合器(202、204和205)以及多个调谐单元的功能和连接方式类似于图3，参见相关的描述，此处不予赘述。与第一实施例比，本实施例提供的第二个波长可调谐激光器的主要区别在于，该激光器包括的微环谐振器的个数大于两个。具体地，701a表示的是一个微环谐振器组。该微环谐振器组包括两个或者更多的单微环谐振器级联。具体地，可以通过如图7b的波导将两个微环谐振器的bus波导进行连接。702b表示的跟701b类似，此处不再赘述。可选地，微环谐振器组也可以为多个多微环谐振器级联、单微环谐振器或多微环谐振器的混合级联等中的任意一种。本申请对于具体包含的微环谐振器类型不做限制。相应地，控制模块702需要对多个微环进行控制，图中仅给出了级联的微环谐振器中的两个微环谐振器的调谐单元，即302a和302b。
可选地，图7a中所示的波长可调谐激光器还可以包括如图5所示的PD结构，以实现对激光器的输出波长和微环谐振波长的对准。具体地，对于图7a的结构，可以在两个多微环谐振器的左侧bus波导上方直接连接PD。可选地，对于图7b的结构，可以在多个微环谐振器的第一谐振器组中每一个微环谐振器的左侧bus波导上方和第二谐振器组中每一个微环谐振器的左侧波导下方直接连接PD。需要说明的是，对准的原理类似于图5中的描述，此处不再赘述。
可选地，类似第二实施例，本申请的两种波长可调谐激光器也可以增加一个SOA，以提升输出光功率。
本实施例提供的波长可调谐激光器结构，通过对称的设计，可以有效地将滤波器区域输出的光信号汇聚起来输出，结构简单，而且可以提高光信号的输出效率。
如图8所示为本申请第五实施例提供的一种波长可调谐激光器结构示意图。如图8所示的波长可调谐激光器800包括反射式SOA 201、三个耦合器(202、204和205)、两个微环谐振器(303a和303b)。这些组件的功能和连接关系见图2-3相关组件的描述，此处不予赘述。需要说明的是，本实施例中的微环结构可以替换为其他实施例中提及的微环结构。本实施例中的波长可调谐激光器800还包括：第一折射率调谐单元301、第二折射率调谐单元302a、第三折射率调谐单元302b和第四折射率调节单元801。其中，前三个调谐单元的说明详见第一实施例的相关描述，此处不再赘述。本实施例与第一实施例的主要区别在于本实施例还包括第四折射率调节单元801。该调谐单元用于调节经过该单元的光信号的光场相位。在实际的激光器制作过程中，微环谐振器303a输出到耦合器204的光信号相位和微环谐振器303b输出到耦合器204的光信号相位可能不同。相位不同的光信号进行后续的耦合时可能存在能量损失。为了避免这种问题，可以通过增加一个相位调节区域(即第四折射率调节单元801)来使得输入到耦合器205的光信号相位相同，从而提升输出功率。需要说明的是，第四折射率调节单元801的位置不限于图8所给出的例子，还可以在耦合器204连接耦合器205的两个端口中的另一个端口上。
可选地，类似第二实施例，本申请的两种波长可调谐激光器也可以增加一个SOA，以提升输出光功率。
可选地，图8中所示的波长可调谐激光器还可以包括如图5所示的PD结构，以实现对激光器的输出波长和微环谐振波长的对准。
本实施例提供的波长可调谐激光器结构，通过对称的设计，可以有效地将滤波器区域输出的光信号汇聚起来输出，结构简单，而且可以提高光信号的输出效率。此外，通过增加一个相位调节区域，克服了工艺设计引入的误差，进一步提升了光信号输出功率。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的控制模块可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，随机接入存储器等。具体地，例如：上述处理器可以是中央处理器，通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。上述的控制模块功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
当控制模块使用软件实现时，上述实施例描述的方法步骤可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
最后应说明的是：以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种波长可调谐激光器，其特征在于，所述波长可调谐激光器包括：反射式半导体光放大器、三个耦合器和至少两个微环谐振器，其中：
所述三个耦合器包括第一耦合器，第二耦合器和第三耦合器，所述第一耦合器包括第一端口、第二端口和第三端口，所述第二耦合器包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第三耦合器包括三个端口；
所述反射式半导体光放大器跟所述第一耦合器的第一端口连接，所述第一耦合器的第二端口和所述第二耦合器的第一端口之间放置所述至少两个微环谐振器中的部分微环谐振器，所述第一耦合器的第三端口和所述第二耦合器的第二端口之间放置所述至少两个微环谐振器中的另一部分微环谐振器，所述第二耦合器的第三端口和第四端口跟所述第三耦合器的两个端口连接，第三耦合器的另外一个端口用于输出激光；其中，所述至少两个微环谐振器中的每个微环谐振器的一个端口连接多个光探测器中的其中一个，所述光探测器用于获取所连接的微环谐振器的光功率信息，以实现所述波长可调谐激光器输出的目标波长和所连接的微环谐振器的谐振波长对准。
2.如权利要求1所述的波长可调谐激光器，其特征在于，所述第一耦合器和所述第三耦合器的耦合系数相同。
3.如权利要求1或2所述的波长可调谐激光器，其特征在于，所述第一耦合器的第二端口和所述第二耦合器的第一端口之间放置所述至少两个微环谐振器中的部分微环谐振器，所述第一耦合器的第三端口和所述第二耦合器的第二端口之间放置所述至少两个微环谐振器中的另一部分微环谐振器，具体包括：
所述至少两个微环谐振器包括第一微环谐振器和第二微环谐振器；
所述第一耦合器的第二端口和所述第一微环谐振器的一个波导连接，所述第二耦合器的第一端口和所述第一微环谐振器的另一个波导连接；
所述第一耦合器的第三端口和所述第二微环谐振器的一个波导连接，所述第二耦合器的第二端口和所述第二微环谐振器的另一个波导连接。
4.如权利要求3所述的波长可调谐激光器，其特征在于，所述第一微环谐振器和第二微环谐振器的任意一个包括一个微环或多个微环。
5.如权利要求1或2所述的波长可调谐激光器，其特征在于，所述第一耦合器的第二端口和所述第二耦合器的第一端口之间放置所述至少两个微环谐振器中的部分微环谐振器，所述第一耦合器的第三端口和所述第二耦合器的第二端口之间放置所述至少两个微环谐振器中的另一部分微环谐振器，具体包括：
所述至少两个微环谐振器包括第一微环谐振器，第二微环谐振器，第三微环谐振器和第四微环谐振器；
所述第一耦合器的第二端口和所述第一微环谐振器的一个波导连接，所述第二耦合器的第一端口和所述第二微环谐振器的一个波导连接；
所述第一耦合器的第三端口和所述第三微环谐振器的一个波导连接，所述第二耦合器的第二端口和所述第四微环谐振器的一个波导连接。
6.如权利要求5所述的波长可调谐激光器，其特征在于，所述第一微环谐振器和第二微环谐振器连接，所述第三微环谐振器和第四微环谐振器连接。
7.如权利要求5所述的波长可调谐激光器，其特征在于，所述第一微环谐振器和第二微环谐振器之间和所述第三微环谐振器和第四微环谐振器之间的任意一个放置一个或多个微环谐振器。
8.如权利要求5-7任一所述的波长可调谐激光器，其特征在于，所述第一微环谐振器、第二微环谐振器、所述第三微环谐振器和第四微环谐振器任意一个包括一个微环或多个微环。
9.如权利要求1-8任意一项所述的波长可调谐激光器，其特征在于，所述第三耦合器的另一端口连接另一个半导体光放大器。
10.如权利要求9所述的波长可调谐激光器，其特征在于，所述另一个半导体光放大器的两个端面均镀增透膜。
11.如权利要求1-10任意一项所述的波长可调谐激光器，其特征在于，所述波长可调谐激光器还包括一个折射率调谐单元；所述至少两个微环谐振器的每一个微环谐振器上设有另一个折射率调谐单元。
12.如权利要求11所述的波长可调谐激光器，其特征在于，所述折射率调谐单元和所述另一个折射率调谐单元的调节方式为如下三种方式的任意一种：热调节、载流子注入调节或压光调节。
13.如权利要求11或12所述的波长可调谐激光器，其特征在于，所述波长可调谐激光器还包括波长调谐控制电路，所述波长调谐控制电路用于控制所述反射式半导体光放大器的电流、所述折射率调谐单元和所述另一个折射率调谐单元。
14.如权利要求1-13任意一项所述的波长可调谐激光器，其特征在于，所述三个耦合器、所述至少两个微环谐振器和输出波导包括如下四种材料中的任意一种：硅、氮化硅、二氧化硅和聚合物材料。
15.如权利要求1-14任意一项所述的波长可调谐激光器，其特征在于，所述第一耦合器和所述第三耦合器均为Y型结构或多模干涉仪结构，所述第二耦合器为定向耦合器结构或多模干涉仪结构。
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