CN114899705A - 一种可调外腔激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调外腔激光器，属于光电通信技术领域。包括电源和硅基外腔芯片，所述硅基外腔芯片包括耦合器、相位调制器、马赫增德尔干涉仪‑萨格纳克反射器结构、第一微环调制器、第二微环调制器，所述硅基外腔芯片还包括第三分束器和/或第四分束器。本发明通过硅基衬底的SOI、SiN、SiON或SiO2材料工艺平台实现硅基外腔芯片的片上集成，大大提高系统的集成度，从而实现小型化和低成本的技术效果；通过热调谐使得第一微环调制器和第二微环调制器的自由光谱范围移动来选择波长，达到宽波长调谐范围的技术效果；通过第一微环调制器和第二微环调制器输出较高的Q值，实现压窄线宽输出的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及光电通信技术领域，特别是一种可调外腔激光器。
背景技术
近年来，随着相干光通信技术以及光电传感等技术的发展，高性能的可调谐激光器变得越来越不可或缺，对可调谐激光器提出了宽调谐范围、窄线宽、小体积、低成本等诸多特性指标要求。当前，能够满足上述特性要求的可调谐激光器技术方案主要分为单片集成型（内腔型）和外腔型两大类。
单片集成型（内腔型）指构成光腔的反射镜以及滤波结构与增益区间都集成在一块III-V族芯片上， 在III-V族芯片上常用的滤波以及反射结构为布拉格光栅。这种类型的激光器的集成工艺难度较大、反馈控制较为复杂导致成本非常高昂，而且内腔式窄线宽激光器的输出功率普遍较低，线宽较宽。
外腔型窄线宽激光器指反射镜以及滤波结构与增益介质分别为独立的部件，通过耦合封装的方式实现激光输出，当前市场上的外腔式窄线宽激光器输出线宽普遍小于内腔式激光器，另外，外腔式窄线宽激光器对于增益介质的工艺要求较低，仅依靠半导体光放大器芯片即可制作。
为解决上述问题，本发明提出的硅基外腔激光器可将反射、滤波、调节波长的各器件都集成到硅基衬底上，可达到实现片上集成的窄线宽、宽波长调谐范围且不发生跳模现象的技术效果。在极大减小外腔激光器体积的同时，实现了宽调谐范围和窄线宽硅基外腔激光器。同时，由于采用集成芯片的方案，因此其机械性能佳，抗振性好。此外，硅基外腔激光器可以进一步实现与硅基光电芯片进行单片集成或其它芯片实现异质集成，大大提高系统的集成度，系统的机械性能佳、抗振性好，同时实现外腔激光器的小型化和低成本的技术效果；通过热调谐使得第一微环调制器和第二微环调制器的自由光谱范围移动来选择波长，达到宽波长调谐范围的技术效果；通过第一微环调制器和第二微环调制器输出高Q值，以达到窄线宽输出的技术效果。
发明内容
针对上述问题，提供一种可调外腔激光器，包括光源和硅基外腔芯片，所述硅基外腔芯片包括耦合器、相位调制器、马赫-曾德尔结构与闭合萨格纳克反射器。通过硅基衬底的SOI、SiN、SiON或SiO2材料工艺平台实现硅基外腔芯片的片上集成，达到机械性能佳、抗振性好，同时实现外腔激光器的小型化和低成本的技术效果；通过热调谐使得第一微环调制器和第二微环调制器的自由光谱范围移动来选择波长，达到宽波长调谐范围的技术效果；通过第一微环调制器和第二微环调制器输出高Q值，以达到窄线宽输出的技术效果。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是。
一种可调外腔激光器，包括电源和硅基外腔芯片，所述硅基外腔芯片包括耦合器、相位调制器、马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构、第一微环调制器、第二微环调制器，所述硅基外腔芯片还包括第三分束器和/或第四分束器；所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构可设置于第一微环调制器和第二微环调制器的前端、中间或末端位置；所述光源产生的激光经耦合器耦合后输出至硅基外腔芯片内，并依次进入相位调制器、马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构、第一微环调制器、第二微环调制器和/或第四分束器内，最终通过第一分束器或第三分束器的输入端，输出至硅基外腔芯片外。
优选的，所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构包括马赫增德尔干涉仪结构和萨格纳克反射器结构。
优选的，所述马赫增德尔干涉仪结构包括上下两臂、第一分束器和第二分束器。
优选的，所述马赫增德尔干涉仪结构的上下两臂至少有一臂设有相移器。
优选的，所述马赫增德尔干涉仪结构的上下两臂分别设有第一相移器和第二相移器。
优选的，所述第一分束器的两个输出端口和第二分束器的两个输入端口分别通过波导依次相连构成所述马赫增德尔干涉仪结构的上下两臂，并通过调节所述马赫增德尔干涉仪结构中的第一相移器和/或第二相移器来实现光束光强输出大小的调控。
优选的，所述第二分束器；第二分束器和/或第三分束器；第二分束器和/或第四分束器的末端两个输出端口通过波导直接相连构成萨格纳克反射器结构。
优选的，所述硅基外腔芯片采用硅基衬底的SOI、SiN、SiON或SiO2材料工艺平台。
优选的，所述光源采用半导体光放大器SOA时，对应所述耦合器选用模斑转换器；所述光源末端涂覆高反射层，以保证反射率至少≥90%，通过采用将所述光源内部靠近芯片端波导弯曲7~9°的方式，达到所述光源的输出光线方向与所述耦合器端面法线偏移7~9°，从而降低端面回波信号影响。
优选的，所述光源采用激光二极管LD芯片时，采用将激光二极管LD芯片的激光输出方向与硅基外腔芯片输入方向偏转7~9°的方式来降低二者之间的端面反射影响。
优选的，所述光源采用激光二极管LD芯片时，采用在所述硅基外腔芯片上刻蚀偏转7~9°的耦合器方式，达到与激光二极管LD芯片的输出激光方向偏转7~9°，从而降低端面回波信号影响。
优选的，所述光源采用垂直腔面发生激光器VCSEL时，对应所述耦合器选用光栅耦合器。
优选的，所述光源与所述耦合器之间通过flip-chip形式键合。
优选的，所述第一分束器、第二分束器和/或第三分束器采用2X2多模干涉仪MMI结构或定向耦合器。
优选的，所述第三分束器和/或第四分束器采用2X1多模干涉仪MMI结构或定向耦合器。
优选的，所述相位调制器、第一相移器和第二相移器、第一微环调制器和第二微环调制器均采用热光效应进行热调谐。
优选的，所述相位调制器用以微调光源输出信号纵模位置。
优选的，所述第一微环调制器和第二微环调制器的自由光谱范围为：
其中λ为微环调制器的谐振波长，Δλ为微环调制器的相邻谐振峰的波长间隔，n g 为微环调制器波导群折射率，R为硅基微环半径；所述第一微环调制器和第二微环调制器的半径可相同或不同。
优选的，所述第一微环调制器和第二微环调制器的游标效应采用共振波长，并通过热调谐使得第一微环调制器和第二微环调制器的自由光谱范围移动，用以选择波长；同时有：
其中FSR 1和FSR 2分别为第一微环调制器和第二微环调制器的自由光谱范围；最大波长调谐范围取决于第一微环调制器和第二微环调制器的自由光谱范围，使得光进入微环滤波器的上下话路时，微环调制器的Q值较高，以保证窄线宽输出。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果。
1.本发明通过硅基衬底的SOI、SiN、SiON或SiO2材料工艺平台实现硅基外腔芯片的片上集成，此外，硅基外腔激光器可以进一步实现与硅基光电芯片进行单片集成或与其它芯片实现异质集成，大大提高系统的集成度，达到机械性能佳、抗振性好、小型化、低成本且不发生跳模现象的技术效果。
2.本发明通过热调谐使得第一微环调制器和第二微环调制器的自由光谱范围移动来选择波长，达到宽波长调谐范围的技术效果。
3. 本发明通过第一微环调制器和第二微环调制器输出较高的Q值，以达到压窄线宽输出的技术效果。
附图说明
以下对本发明优选实施例的制作和应用进行详细讨论。但应理解的是，本发明提供了许多可应用的发明构思，其可以体现在各种特定的环境中。所讨论的具体实施例仅是为了说明制造和使用本本发明的具体方式，并不限制本发明的范围，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明第1实施例的结构示意图。
图2是本发明第2实施例的结构示意图。
图3是本发明第3实施例的结构示意图。
图4是本发明第4实施例的结构示意图。
图5是本发明第5实施例的结构示意图。
图6是本发明第6实施例的结构示意图。
附图中，101-光源、200-硅基光学芯片、201-耦合器、202-相位调制器、203-第一分束器、204-第一相移器、205-第二相移器、206-第二分束器、207-第一微环调制器、208-第二微环调制器、209-第三分束器、210-第四分束器。
具体实施方式
以下对本发明优选实施例的制作和应用进行详细讨论。但应理解的是，本发明提供了许多可应用的发明构思，其可以体现在各种特定的环境中。所讨论的具体实施例仅是为了说明制造和使用本发明的具体方式，并不限制本发明的范围。
实施例1
如图1所述的一种可调外腔激光器，包括电源101和硅基外腔芯片200，所述硅基外腔芯片200包括耦合器201、相位调制器202、马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构、第一微环调制器207、第二微环调制器208和第三分束器209；所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构设置于第一微环调制器207和第二微环调制器208的前端位置；所述光源101产生的激光经耦合器201耦合后输出至硅基外腔芯片200内，并依次进入相位调制器202、马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构、第一微环调制器207、第二微环调制器208和第三分束器209内，经第三分束器209末端的萨格纳克反射器结构调制后，最终通过第三分束器209的另一输入端，输出至硅基外腔芯片200外。
所述硅基外腔芯片200采用硅基衬底的SOI、SiN、SiON或SiO2材料工艺平台。所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构包括马赫增德尔干涉仪结构和萨格纳克反射器结构；所述马赫增德尔干涉仪结构包括上下两臂、第一分束器203和第二分束器206；所述上下两臂分别设有第一相移器204和第二相移器205；所述第一分束器203的两个输出端口和第二分束器206的两个输入端口分别通过波导依次相连构成所述马赫增德尔干涉仪结构的上下两臂，并通过调节所述马赫增德尔干涉仪结构中的第一相移器204和/或第二相移器205来实现光束光强输出大小的调控。所述第二分束器206和第三分束器209末端两个输出端口通过波导直接相连构成萨格纳克反射器结构。
本实施例中的所述光源101采用半导体光放大器SOA，对应的耦合器201选用模斑转换器，所述光源101末端涂覆高反射层，以保证反射率至少≥90%，并采用将所述光源101内部靠近芯片端波导弯曲7~9°的方式，达到所述光源101的输出光线方向与所述耦合器201端面法线偏移7~9°，从而降低端面回波信号影响。
当本实施例中的所述光源101采用激光二极管LD芯片时，采用将激光二极管LD芯片的激光输出方向与硅基外腔芯片输入方向偏转7~9°的方式来降低二者之间的端面反射影响；或采用在所述硅基外腔芯片上刻蚀偏转7~9°的耦合器201方式，达到与激光二极管LD芯片的输出激光方向偏转7~9°，从而降低端面回波信号影响。
当本实施例中的所述光源101采用垂直腔面发生激光器VCSEL时，对应所述耦合器201选用光栅耦合器；所述光源101与所述耦合器201之间通过flip-chip形式键合。
所述第一分束器203、第二分束器206和第三分束器209采用2X2多模干涉仪MMI结构或定向耦合器；所述相位调制器202、第一相移器204和第二相移器205、第一微环调制器207和第二微环调制器208均采用热光效应进行热调谐；所述相位调制器202用以微调光源101输出信号纵模位置。
所述光源101产生的激光经耦合器201的耦合进入硅基外腔芯片200内，经相位调制器202的调制后进入所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构，即进入第一分束器203，通过第一分束器203分束后形成两束激光信号，分别经所述马赫增德尔干涉仪结构的上下两臂进入第一相移器204和第二相移器205汇入第二分束器206内，经第二分束器206的两个输出端进入萨格纳克反射器结构，经萨格纳克反射器结构的调制后返回第二分束器206，并依次经上下两臂的第一相移器204和第二相移器205汇入第一分束器203，并经第一分束器203的另一输入端后，依次进入第一微环调制器207、第二微环调制器208和第三分束器209内，经第三分束器209的两个输出端形成的萨格纳克反射器结构调制后从第三分束器209的另一输入端输出至出射端口，并最终输出至硅基外腔芯片200外；通过调节所述马赫增德尔干涉仪结构中的第一相移器204和第二相移器205来实现光束光强输出大小的调控，所述相位调制器202用以微调光源101输出信号纵模位置；通过热调谐使得第一微环调制器207和第二微环调制器208的自由光谱范围移动来选择波长，调节波长的调谐范围，并使得光进入微环滤波器的上下话路时，微环调制器的Q值较高，以保证窄线宽输出。
所述第一微环调制器207和第二微环调制器208的自由光谱范围为：
其中λ为微环调制器的谐振波长，Δλ为微环调制器的相邻谐振峰的波长间隔，n g 为微环调制器波导群折射率，R为硅基微环半径；所述第一微环调制器207和第二微环调制器208的半径可相同或不同。
此外，在具体实施过程中，利用第一微环调制器207和第二微环调制器208的游标效应选择共振波长，通过热调谐使得第一微环调制器207和第二微环调制器208的自由光谱范围移动，用以选择波长，同时有：
其中FSR 1和FSR 2分别为第一微环调制器207和第二微环调制器208的自由光谱范围；可得最大波长调谐范围取决于第一微环调制器207和第二微环调制器208的自由光谱范围，使得光进入微环滤波器的上下话路时，微环调制器的Q值较高，以保证窄线宽输出。
实施例2
如图2所述的一种可调外腔激光器，包括电源101和硅基外腔芯片200，所述硅基外腔芯片200包括耦合器201、相位调制器202、马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构、第一微环调制器207、第二微环调制器208、第三分束器209和第四分束器210；所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构设置于第一微环调制器207和第二微环调制器208的前端位置；所述光源101产生的激光经耦合器201耦合后输出至硅基外腔芯片200内，并依次进入相位调制器202、第三分束器209、马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构、第一微环调制器207、第二微环调制器208和第四分束器210内，经所述第四分束器210两个输出端口组成的萨格纳克反射器结构调制后，依次通过第二微环调制器208、第一微环调制器207、第一分束器203后，与经马赫增德尔干涉仪结构调制的激光信号共同汇入第三分束器209，并经过第三分束器209的另一输入端口输出至出射端口，并最终输出至硅基外腔芯片200外。
所述硅基外腔芯片200采用硅基衬底的SOI、SiN、SiON或SiO2材料工艺平台。所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构包括马赫增德尔干涉仪结构和萨格纳克反射器结构；所述马赫增德尔干涉仪结构包括上下两臂、第一分束器203和第二分束器206；所述上下两臂分别设有第一相移器204和第二相移器205；所述第一分束器203的两个输出端口和第二分束器206的两个输入端口分别通过波导依次相连构成所述马赫增德尔干涉仪结构的上下两臂，并通过调节所述马赫增德尔干涉仪结构中的第一相移器204和/或第二相移器205来实现光束光强输出大小的调控。所述第二分束器206和第四分束器210末端两个输出端口通过波导直接相连构成萨格纳克反射器结构。
本实施例中的所述光源101采用半导体光放大器SOA，对应的耦合器201选用模斑转换器，所述光源101末端涂覆高反射层，以保证反射率至少≥90%，并采用将所述光源101内部靠近芯片端波导弯曲7~9°的方式，达到所述光源101的输出光线方向与所述耦合器201端面法线偏移7~9°，从而降低端面回波信号影响。
当本实施例中的所述光源101采用激光二极管LD芯片时，采用将激光二极管LD芯片的激光输出方向与硅基外腔芯片输入方向偏转7~9°的方式来降低二者之间的端面反射影响；或采用在所述硅基外腔芯片上刻蚀偏转7~9°的耦合器方式，达到与激光二极管LD芯片的输出激光方向偏转7~9°，从而降低端面回波信号影响。
当本实施例中的所述光源101采用垂直腔面发生激光器VCSEL时，对应所述耦合器201选用光栅耦合器；所述光源101与所述耦合器201之间通过flip-chip形式键合。
所述第一分束器203、第二分束器206和第三分束器209采用2X2多模干涉仪MMI结构或定向耦合器，所述第四分束器210采用2X1多模干涉仪MMI结构或定向耦合器；所述相位调制器202、第一相移器204和第二相移器205、第一微环调制器207和第二微环调制器208均采用热光效应进行热调谐；所述相位调制器202用以微调光源101输出信号纵模位置。
所述光源101产生的激光经耦合器201的耦合进入硅基外腔芯片200内，经相位调制器202和第三分束器209后进入所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构，即进入第一分束器203，通过第一分束器203分束后形成两束激光信号，分别经所述马赫增德尔干涉仪结构的上下两臂进入第一相移器204和第二相移器205汇入第二分束器206内，经第二分束器206的两个输出端进入萨格纳克反射器结构，经萨格纳克反射器结构的调制后返回第二分束器206，并依次经上下两臂的第一相移器204和第二相移器205汇入第一分束器203，并经第一分束器203的另一输入端后，依次进入第一微环调制器207、第二微环调制器208和第四分束器210内，经第四分束器210的两个输出端形成的萨格纳克反射器结构调制后从第四分束器210的输入端原路经第二微环调制器208、第一微环调制器207和第一分束器203后，与部分经马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构调制后的激光信号混合，并经第三分束器209的另一输入端输出至出射端口，并最终输出至硅基外腔芯片200外；通过调节所述马赫增德尔干涉仪结构中的第一相移器204和第二相移器205来实现光束光强输出大小的调控，所述相位调制器202用以微调光源101输出信号纵模位置；通过热调谐使得第一微环调制器207和第二微环调制器208的自由光谱范围移动来选择波长，调节波长的调谐范围，并使得光进入微环滤波器的上下话路时，微环调制器的Q值较高，以保证窄线宽输出。
所述第一微环调制器207和第二微环调制器208的自由光谱范围为：
其中λ为微环调制器的谐振波长，Δλ为微环调制器的相邻谐振峰的波长间隔，n g 为微环调制器波导群折射率，R为硅基微环半径；所述第一微环调制器207和第二微环调制器208的半径可相同或不同。
此外，在具体实施过程中，利用第一微环调制器207和第二微环调制器208的游标效应选择共振波长，通过热调谐使得第一微环调制器207和第二微环调制器208的自由光谱范围移动，用以选择波长，同时有：
其中FSR 1和FSR 2分别为第一微环调制器207和第二微环调制器208的自由光谱范围；可得最大波长调谐范围取决于第一微环调制器207和第二微环调制器208的自由光谱范围，使得光进入微环滤波器的上下话路时，微环调制器的Q值较高，以保证窄线宽输出。
实施例3
如图3所述的一种可调外腔激光器，包括电源101和硅基外腔芯片200，所述硅基外腔芯片200包括耦合器201、相位调制器202、第一微环调制器207、马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构、第二微环调制器208和第三分束器209；所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构设置于第一微环调制器和第二微环调制器的中间位置；所述光源101产生的激光经耦合器201耦合后输出至硅基外腔芯片200内，并依次进入相位调制器202、第一微环调制器207、马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构、第二微环调制器208内，最终通过第三分束器209的另一输入端，输出至硅基外腔芯片200外。
所述硅基外腔芯片200采用硅基衬底的SOI、SiN、SiON或SiO2材料工艺平台。所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构包括马赫增德尔干涉仪结构和萨格纳克反射器结构；所述马赫增德尔干涉仪结构包括上下两臂、第一分束器203和第二分束器206；所述上下两臂分别设有第一相移器204和第二相移器205；所述第一分束器203的两个输出端口和第二分束器2026的两个输入端口分别通过波导依次相连构成所述马赫增德尔干涉仪结构的上下两臂，并通过调节所述马赫增德尔干涉仪结构中的第一相移器204和/或第二相移器205来实现光束光强输出大小的调控。所述第二分束器206和第三分束器209末端两个输出端口通过波导直接相连构成萨格纳克反射器结构。
本实施例中的所述光源101采用半导体光放大器SOA，对应的耦合器201选用模斑转换器，所述光源101末端涂覆高反射层，以保证反射率至少≥90%，并采用将所述光源101内部靠近芯片端波导弯曲7~9°的方式，达到所述光源101的输出光线方向与所述耦合器201端面法线偏移7~9°，从而降低端面回波信号影响。
当本实施例中的所述光源101采用激光二极管LD芯片时，采用将激光二极管LD芯片的激光输出方向与硅基外腔芯片输入方向偏转7~9°的方式来降低二者之间的端面反射影响；或采用在所述硅基外腔芯片上刻蚀偏转7~9°的耦合器方式，达到与激光二极管LD芯片的输出激光方向偏转7~9°，从而降低端面回波信号影响。
当本实施例中的所述光源101采用垂直腔面发生激光器VCSEL时，对应所述耦合器201选用光栅耦合器；所述光源101与所述耦合器201之间通过flip-chip形式键合。
所述第一分束器203、第二分束器206和第三分束器209采用2X2多模干涉仪MMI结构或定向耦合器；所述相位调制器202、第一相移器204和第二相移器205、第一微环调制器207和第二微环调制器208均采用热光效应进行热调谐；所述相位调制器202用以微调光源输出信号纵模位置。
所述光源101产生的激光经耦合器201的耦合进入硅基外腔芯片200内，经相位调制器202、第一微环调制器207的调制后进入所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构，即进入第一分束器203，通过第一分束器203分束后形成两束激光信号，分别经所述马赫增德尔干涉仪结构的上下两臂进入第一相移器204和第二相移器205汇入第二分束器206内，经第二分束器206的两个输出端进入萨格纳克反射器结构，经萨格纳克反射器结构的调制后返回第二分束器206，并依次经上下两臂的第一相移器204和第二相移器205汇入第一分束器203，并经第一分束器203的另一输入端后，依次进入第二微环调制器208和第三分束器209内，经第三分束器209的两个输出端形成的萨格纳克反射器结构调制后从第三分束器209的另一输入端输出至出射端口，并最终输出至硅基外腔芯片200外；通过调节所述马赫增德尔干涉仪结构中的第一相移器204和第二相移器205来实现光束光强输出大小的调控，所述相位调制器202用以微调光源输出信号纵模位置；通过热调谐使得第一微环调制器207和第二微环调制器208的自由光谱范围移动来选择波长，调节波长的调谐范围，并使得光进入微环滤波器的上下话路时，微环调制器的Q值较高，以保证窄线宽输出。
所述第一微环调制器207和第二微环调制器208的自由光谱范围为。
其中λ为微环调制器的谐振波长，Δλ为微环调制器的相邻谐振峰的波长间隔，n g 为微环调制器波导群折射率，R为硅基微环半径；所述第一微环调制器207和第二微环调制器208的半径可相同或不同。
此外，在具体实施过程中，利用第一微环调制器207和第二微环调制器208的游标效应选择共振波长，通过热调谐使得第一微环调制器207和第二微环调制器208的自由光谱范围移动，用以选择波长，同时有：
其中FSR 1和FSR 2分别为第一微环调制器207和第二微环调制器208的自由光谱范围；可得最大波长调谐范围取决于第一微环调制器207和第二微环调制器208的自由光谱范围，使得光进入微环滤波器的上下话路时，微环调制器的Q值较高，以保证窄线宽输出。
实施例4
如图4所述的一种可调外腔激光器，所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构由实施例2即图2中的第一微环调制器207和第二微环调制器208的前端位置，更改变换为第一微环调制器207和第二微环调制器208的中间位置；所述第一分束器203、第二分束器206采用2X2多模干涉仪MMI结构或定向耦合器；所述第三分束器209和第四分束器210采用2X1多模干涉仪MMI结构或定向耦合器。其余连接、结构和传输路径及发挥的作用与上述实施例2的描述相同。
实施例5
如图5所述的一种可调外腔激光器，所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构由实施例3即图3中的第一微环调制器207和第二微环调制器208的中间位置，更改变换为第一微环调制器207和第二微环调制器208后端位置。且根据马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构的位置变化，取消了图3中的所述第三分束器209；所述第一分束器203、第二分束器206采用2X2多模干涉仪MMI结构或定向耦合器。其余连接、结构和传输路径及发挥的作用与上述图3的描述相同。
实施例6
如图6所述的一种可调外腔激光器，所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构由实施例2即图2中的第一微环调制器207和第二微环调制器208的前端位置，更改变换为第一微环调制器207和第二微环调制器208后端位置；且根据马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构的位置变化，取消了图2中的所述第四分束器210；所述第一分束器203、第二分束器206采用2X2多模干涉仪MMI结构或定向耦合器；所述第三分束器209采用2X1多模干涉仪MMI结构或定向耦合器。其余连接、结构和传输路径及发挥的作用与图2的描述相同。
尽管说明书已经作了详细描述，但是应该理解的是，在不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出多种改变、替换和变更。此外，所描述的具体实施例并不用于限定本发明的范围，本领域普通技术人员基于本发明能够容易理解，当前存在的或以后待开发的处理、机器、制造、物质组成、手段、方法、或者步骤可执行与本发明实施例实质相同的功能或获得实质相同的结果。因此，所附权利要求旨在将此类过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包括在其范围内。
Claims (11)
1.一种可调外腔激光器，其特征在于：包括电源和硅基外腔芯片，所述硅基外腔芯片包括耦合器、相位调制器、马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构、第一微环调制器、第二微环调制器，所述硅基外腔芯片还包括第三分束器和/或第四分束器；所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构可设置于第一微环调制器和第二微环调制器的前端、中间或末端位置；所述光源产生的激光经耦合器耦合后输出至硅基外腔芯片内，并依次进入相位调制器、马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构、第一微环调制器、第二微环调制器和/或第四分束器内，最终通过第一分束器或第三分束器的输入端，输出至硅基外腔芯片外。
2.如权利要求1所述的一种可调外腔激光器，其特征在于：所述马赫增德尔干涉仪-萨格纳克反射器结构包括马赫增德尔干涉仪结构和萨格纳克反射器结构；所述马赫增德尔干涉仪结构包括上下两臂、第一分束器和第二分束器；所述马赫增德尔干涉仪结构的上下两臂至少有一臂设有相移器。
3.如权利要求2所述的一种可调外腔激光器，其特征在于：所述马赫增德尔干涉仪结构的上下两臂分别设有第一相移器和第二相移器；所述第一分束器的两个输出端口和第二分束器的两个输入端口分别通过波导依次相连构成所述马赫增德尔干涉仪结构的上下两臂，并通过调节所述马赫增德尔干涉仪结构中的第一相移器和/或第二相移器来实现光束光强输出大小的调控。
4.如权利要求3所述的一种可调外腔激光器，其特征在于：所述第二分束器；第二分束器和/或第三分束器；第二分束器和/或第四分束器的末端两个输出端口通过波导直接相连构成萨格纳克反射器结构。
5.如权利要求1所述的一种可调外腔激光器，其特征在于：所述硅基外腔芯片采用硅基衬底的SOI、SiN、SiON或SiO2材料工艺平台。
6.如权利要求1所述的一种可调外腔激光器，其特征在于：所述光源采用半导体光放大器SOA时，对应所述耦合器选用模斑转换器；所述光源末端涂覆高反射层，以保证反射率至少≥90%；采用将所述光源内部靠近芯片端波导弯曲7~9°的方式，达到所述光源的输出光线方向与所述耦合器端面法线偏移7~9°，从而降低端面回波信号影响。
7.如权利要求6所述的一种可调外腔激光器，其特征在于：所述光源采用激光二极管LD芯片时，采用将激光二极管LD芯片的激光输出方向与硅基外腔芯片输入方向偏转7~9°的方式来降低二者之间的端面反射影响；或采用在所述硅基外腔芯片上刻蚀偏转7~9°的耦合器方式，达到与激光二极管LD芯片的输出激光方向偏转7~9°，从而降低端面回波信号影响。
8.如权利要求7所述的一种可调外腔激光器，其特征在于：所述光源采用垂直腔面发生激光器VCSEL时，对应所述耦合器选用光栅耦合器；所述光源与所述耦合器之间通过flip-chip形式键合。
9.如权利要求4所述的一种可调外腔激光器，其特征在于：所述第一分束器、第二分束器和/或第三分束器采用2X2多模干涉仪MMI结构或定向耦合器；所述第三分束器和/或第四分束器采用2X1多模干涉仪MMI结构或定向耦合器；所述相位调制器、第一相移器和第二相移器、第一微环调制器和第二微环调制器均采用热光效应进行热调谐；所述相位调制器用以微调光源输出信号纵模位置。
10.如权利要求9所述的一种可调外腔激光器，其特征在于：所述第一微环调制器和第二微环调制器的自由光谱范围为：
其中λ为微环调制器的谐振波长，Δλ为微环调制器的相邻谐振峰的波长间隔，n g 为微环调制器波导群折射率，R为硅基微环半径；所述第一微环调制器和第二微环调制器的半径可相同或不同。
11.如权利要求10所述的一种可调外腔激光器，其特征在于：所述第一微环调制器和第二微环调制器的游标效应采用共振波长，并通过热调谐使得第一微环调制器和第二微环调制器的自由光谱范围移动，用以选择波长；同时有：
其中FSR 1和FSR 2分别为第一微环调制器和第二微环调制器的自由光谱范围；最大波长调谐范围取决于第一微环调制器和第二微环调制器的自由光谱范围，使得光进入微环滤波器的上下话路时，微环调制器的Q值较高，以保证窄线宽输出。
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|---|---|---|---|
| CN202210814415.7A CN114899705A (zh) | 2022-07-12 | 2022-07-12 | 一种可调外腔激光器 |
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