CN116526273A - 具有低q环形谐振器的可调谐激光器 - Google Patents

具有低q环形谐振器的可调谐激光器 Download PDF

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CN116526273A CN202310045860.6A CN202310045860A CN116526273A CN 116526273 A CN116526273 A CN 116526273A CN 202310045860 A CN202310045860 A CN 202310045860A CN 116526273 A CN116526273 A CN 116526273A
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何晓光
R·纳加拉贾
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    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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    • H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/083—Ring lasers

Abstract

本公开的各实施例涉及一种具有低Q环形谐振器的可调谐激光器。一种用于仅使用单个增益芯片来生成和输出经波长调谐的光的可调谐激光器，其包括反射式半导体光学放大器(RSOA)，该反射式半导体光学放大器具有被配置作为用于输出该经波长调谐的光的输出端口的前端，该经波长调谐的光相对于在该RSOA的后端接收到的光具有放大的光强度。波长调谐器光学耦合到该RSOA的该后端并且包括多个环形谐振器，该多个环形谐振器具有高于2000并且低于4000的相应Q因子。

Description

具有低Q环形谐振器的可调谐激光器
相关申请的交叉引用
本申请要求2022年1月31日提交的标题为“Tunable Laser with Low Q RingResonators(具有低Q环形谐振器的可调谐激光器)”的美国临时专利申请号63/304,945的权益，该申请的公开内容特此通过引用以其全部内容明确并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及光通信，并且更特别地，涉及用于光通信设备中的可调谐激光器。
背景技术
在互联网技术和使用增长的这个时代，对高速数据传输的需求迅速增长。作为示例，2021年的平均互联网流量估计超过每秒700太字节。支持此类持续使用水平的技术将继续激增。数据的光传输可以支持每个通道的大量数据，通常更多地受到电子设备将信号编码到光通道上的速率的限制，而不是通道本身的带宽。光调制性能的改善将继续推动此类技术的采用。
发明内容
在实施例中，一种用于仅使用单个增益芯片生成和输出经波长调谐的光的可调谐激光器包括：反射式半导体光学放大器(RSOA)，其具有被配置作为用于输出经波长调谐的光的输出端口的前端，该经波长调谐的光相对于在RSOA的所述后端接收到的光具有放大的光强度；以及波长调谐器，其光学耦合到RSOA的所述后端，该波长调谐器包括多个环形谐振器，该多个环形谐振器具有高于2000且低于4000的相应Q因子。
在另一个实施例中，一种用于操作单增益芯片可调谐激光器的方法包括：由RSOA生成光；将由RSOA生成的光经由RSOA的后端传递到波长调谐器；以及经由波长调谐器的多个环形谐振器在光中引入相应的频率偏移，每个环形谐振器具有在2000和4000之间的相应品质因子(Q因子)；利用波长调谐器生成经波长调谐的光，该经波长调谐的光在特定频率处具有峰值，该特定频率对应于由多个环形谐振器引起的谐振频率偏移之间的差；经由RSOA的后端将经波长调谐的光传递回RSOA；以及经由RSOA的前端从RSOA输出经波长调谐的光。
在又一个实施例中，一种制造可调谐激光器的方法，该可调谐激光器被配置为仅使用单个增益芯片来生成和输出经波长调谐的光，该方法包括：在半导体衬底上制造波长调谐器，包括在半导体衬底上制造多个环形谐振器，该多个环形谐振器具有高于2000且低于4000的相应Q因子；以及将该单增益芯片安装在该半导体衬底上，该单增益芯片包括RSOA，该RSOA具有被配置为输出经波长调谐的光的前端，其中该单增益芯片被安装成使得该RSOA的后端光学耦合到该波长调谐器。
附图说明
图1是根据实施例的仅具有单个增益芯片的示例可调谐激光器设备的简化图。
图2是根据实施例的图1的可调谐激光器设备的最大输出对图1的可调谐激光器设备的环形谐振器的品质因子(Q因子)的曲线图。
图3是根据实施例的图1的可调谐激光器设备的边模抑制比(SMSR)对耦合系数的曲线图，以及图1的可调谐激光器设备的环形谐振器的Q因子对耦合系数的曲线图。
图4是根据实施例的图1的可调谐激光器设备的波长调谐器中的损耗对耦合系数的曲线图，以及图1的可调谐激光器设备的环形谐振器的Q因子对耦合系数的曲线图。
图5是根据实施例的被放大以图示环形谐振器和波导的光学耦合部(opticalcoupling)的图1的可调谐激光器设备的环形谐振器的一部分和波导的一部分的图。
图6是根据实施例的图1的可调谐激光器的光输出功率对波长的曲线图。
图7是根据实施例的图1的可调谐激光器的光输出功率和SMSR对波长的曲线图。
图8是根据实施例的操作仅使用单个增益芯片实现的可调谐激光器的示例方法的流程图。
图9是根据实施例的制造仅具有单个增益芯片的可调谐激光器的示例方法的流程图。
具体实施方式
可调谐激光器是许多光通信模块中的关键部件。对于可调谐激光器设计的挑战是实现高功率光输出(诸如大于18分贝-毫瓦(dBm))同时保持相对较低的功耗(诸如小于2.2瓦)。
一些新兴的可调谐激光器设备利用芯片封装件中的两个增益芯片(例如反射式半导体光学放大器(RSOA)芯片和半导体光学放大器(SOA)芯片)，以及调谐器来实现高光输出功率。在一些设计中，调谐器被放置在RSOA的输出侧，导致较大的光学损失，这增加了功耗以便实现期望的输出功率。在其他设计中，调谐器被放置在RSOA的与输出端相对的一侧并且SOA被光学耦合到RSOA芯片。然而，将RSOA与SOA耦合所需的光学部件引入了损耗，这需要增加功耗来实现期望的输出功率。
本申请描述了利用单个增益芯片来实现期望的光输出功率的可调谐激光器设备的实施例。因为仅利用了单个增益芯片，所以至少在一些实施例中，可调谐激光器设备的功耗保持相对较低。例如，至少在一些实施例中，具有单个增益芯片的可调谐激光器设备提供大于18dBm的光输出功率，同时保持功耗低于2.2瓦。
在一些实施例中，可调谐激光器设备的单增益芯片包括反射式半导体光学放大器(RSOA)。根据一些实施例，波长调谐器光学耦合到RSOA的后端，并且波长调谐器包括多个环形谐振器，该多个环形谐振器具有高于2000并且低于4000的相应Q因子。根据一些实施例，具有高于2000且低于4000的Q因子的环形谐振器的使用导致具有相对较高的光输出功率(例如，18dBm)和相对较低的功耗(例如，低于2.2瓦)的单增益芯片可调谐激光器。
图1是根据实施例的示例可调谐激光器设备100的简化图。可调谐激光器设备100包括耦合到波长调谐器108的RSOA 104。RSOA104包括前端112和后端116。前端112被配置作为输出经波长调谐的光的激光输出端口。后端116被配置为允许光在RSOA 104和波长调谐器108之间通过。
在一些实施例中，RSOA 104包括具有增益介质腔的基于二极管的光学放大器，该增益介质腔在前端112和后端116之间具有长度LG的。通常，随着长度LG的增加，RSOA 104生成的光功率增益增加，因此选择长度LG，使得可调谐激光器100具有期望的输出功率。在一些实施例中，RSOA 104被配置为具有约1.5mm(即，1.5mm±0.075mm)的长度LG。在一些实施例中，RSOA 104被配置为具有约1.75mm(即1.75mm±0.0875mm)的长度LG。在一些实施例中，RSOA 104被配置为具有约2mm(即2mm±0.1mm)的长度LG。在一些实施例中，RSOA 104被配置为具有至少1.5mm的长度LG。在一些实施例中，RSOA 104被配置为具有至少1.425mm且至多2.5mm的长度LG。在一些实施例中，RSOA 104被配置为具有在1.4mm和2.1mm之间的长度LG。在其他实施例中，RSOA 104被配置为具有另一个合适的长度LG。
根据一些实施例，RSOA 104被实现作为安装在硅光子平台上的单增益芯片，该硅光子平台包括硅半导体衬底。在实施例中，单增益芯片被倒装到硅光子平台。
在一些实施例中，前端112包括被配置为具有在1％至8％范围内的反射率的低反射率面。在一些实施例中，前端面的反射率在2％到7％的范围内。在一些实施例中，前端面的反射率被设置为约5％(即，5％±0.25％)。在一些实施例中，前端面的反射率在1％到20％的范围内。在其他实施例中，前端面的反射率具有另一个合适的值。
根据实施例，后端116包括由抗反射涂层涂覆的面，该抗反射涂层被配置为使得该面对于在RSOA 104的增益介质中发射的光基本上透明，以传递到波长调谐器108并且对于来自波长调谐器108的光基本上透明，以传递回RSOA 104的增益介质。
波长调谐器108包括多个环形谐振器，包括环形谐振器128和环形谐振器132。在一些实施例中，环形谐振器128、132包括大体上圆形的波导。在一些实施例中，大体上圆形的波导形成在硅光子平台中。例如，在一些实施例中，环形谐振器128、132包括形成在硅衬底中的硅或氮化硅线波导。
波长调谐器108还包括多个波导，包括波导136和波导140，该波导136和波导140将环形谐振器128、132光学耦合到RSOA 104。例如，波导136光学耦合RSOA 104和环形谐振器128，并且波导140光学耦合环形谐振器128和环形谐振器132。
波长调谐器108还包括光学耦合到多个环形谐振器的反射器144。例如，反射器144经由波导148光学耦合到环形谐振器132。在一些实施例中，反射器144包括环形反射器，该环形反射器具有布置成环形并且耦合到光学耦合器156的波导152。在一些实施例中，波导152和光学耦合器156形成在硅光子平台中。例如，在一些实施例中，反射器144包括形成在硅衬底中的硅或氮化硅线波导。根据实施例，反射器144省略了外部分光分支并且被配置为使光基本上(例如，大于90％)返回到波导148。通常，反射器144被设计成具有接近100％的合适反射率以允许光基本上朝向RSOA 104反射。
尽管反射器144在图1中被图示为环形反射器，但是在其他实施例中，反射器144包括另一个合适的光学反射器。
在一些实施例中，波导136、140、148在硅光子平台中形成。例如，在一些实施例中，波导136、140、148包括形成在硅衬底中的硅或氮化硅线波导。
在操作中，RSOA 104生成经由后端116离开RSOA 104的光。波导136接收来自RSOA104的后端116的光并且将光引导到环形谐振器128，这引入光的第一谐振频率偏移。另外，波导140将光从环形谐振器128引导到环形谐振器132，这引入光的第二谐振频率偏移。环形谐振器128和环形谐振器132具有不同的直径，用于为行进通过环形谐振器128和行进通过环形谐振器132的光生成不同的相移。在实施例中，环形谐振器128具有约24微米(μm)的直径(即24μm±0.24μm)，环形谐振器132具有约25μm(即25μm±0.25μm)的较大直径。在其他实施例中，环形谐振器128和环形谐振器132具有其他合适的直径。
另外，光被波导148引导到反射器144。由反射器144返回到波导148的光生成在特定波长处具有尖锐峰值的光干涉光谱，其中所有边模基本上被抑制或过滤，其中特定波长对应于可调谐激光器设备100的期望频率输出。基于由环形谐振器128引起的第一谐振频率偏移和由环形谐振器132引起的第二谐振频率偏移之间的差来确定特定波长，其中第一谐振频率偏移和第二谐振频率偏移之间的差取决于环形谐振器128和环形谐振器132相应直径的差，以及围绕环形谐振器128和环形谐振器132的任何相位变化。可以在外部引起相位变化，例如，通过在环形谐振器128和环形谐振器132的每一者的顶部添加相应的加热器来改变环形谐振器128和环形谐振器132的相应温度。因此，可以在一定的可调谐范围内进行调谐光干涉光谱中的特定峰值波长。可选地，取决于应用，波长调谐器108的可调谐范围包括整个C波段或整个O波段。最终，具有特定调谐波长的光返回到RSOA 104。经波长调谐的光的强度由RSOA 104放大，并且经波长调谐的光经由前端112输出。
环形谐振器128和环形谐振器132各自具有相应的品质因子(Q因子)。谐振器的Q因子是由环形谐振器引起的振荡的阻尼强度的量度。在第一定义中，Q因子被定义为每个振荡周期存储能量与耗散能量之比的2π倍。在第二定义中，Q因子定义为：
Q ＝ ν0/δν 等式1
其中ν0是环形谐振器的谐振频率，并且δν是谐振的半峰全宽(FWHM)的带宽。第一定义和第二定义在弱阻尼振荡的限制下，即对于高Q值，一般是等效的。
一般来说，可调谐激光器的边模抑制比(SMSR)随着可调谐激光器的谐振器的Q因子降低而降低。这表明谐振器Q因子值的过度降低导致不合适的可调谐激光器具有不可接受的低SMSR。然而，发明人已经发现使用具有较低Q因子值的谐振器降低了波长调谐器108中的光损耗，同时仍然提供了可接受的SMSR。因此，发明人已经发现，与使用具有低Q因子值的谐振器导致不可接受的SMSR值的一般建议相反，使用具有低Q因子值(诸如低于4000)的谐振器提供了具有高输出功率、低功耗和可接受的SMSR的可调谐激光器。
图2是根据实施例的可调谐激光器设备100的最大输出对环形谐振器128、132的Q因子的曲线图200。如图2中可以看出，可调谐激光器设备100的最大输出随着Q因子值的降低而增加。然而，如上所讨论的，常规观点认为使用具有低Q值的谐振器会导致可调谐激光器具有不可接受的SMSR。
图3是根据实施例的可调谐激光器设备100的SMSR对耦合系数(κ2，这将在下面更详细地讨论)的曲线图300，以及环形谐振器128、132的Q因子对耦合系数的曲线图304。从曲线图304中可以看出，环形谐振器128、132的Q因子与耦合系数相关。耦合系数指示与环形谐振器128、132相关联的光学耦合程度。将曲线图300和曲线图304放在一起，可以看出，高于约2500的Q因子导致测量的SMSR高于35分贝(dB)，并且SMSR随着Q因子的增加而增加。
图4是根据实施例的波长调谐器108中的损耗对耦合系数(这将在下面更详细地讨论)的曲线图400，以及环形谐振器128、132的Q因子对耦合系数的曲线图404。将曲线图400和曲线图404放在一起，可以看出调谐器损耗随着Q因子的降低而降低，直到Q因子达到约2500。在实施例中，对于低于2500的Q因子值，调谐器损耗保持近似恒定。
再次参考图1，选择环形谐振器128和环形谐振器132相应Q因子以提供期望的最小输出功率和期望的最大SMSR。在一个实施例中，环形谐振器128和环形谐振器132配置有约3000的相应Q因子(即，3000±150)，这提供了至少18dBm的可调谐激光器100的输出功率和至少35dB的SMSR。在其他实施例中，环形谐振器128和环形谐振器132配置有其他合适值的相应Q因子。在一些实施例中，环形谐振器128和环形谐振器132被配置为具有在2000和4000之间的相应Q因子。在一些实施例中，环形谐振器128和环形谐振器132被配置为具有在2000和3500之间的相应Q因子。在一些实施例中，环形谐振器128和环形谐振器132被配置为具有在2500和3500之间的相应Q因子。在一些实施例中，环形谐振器128和环形谐振器132被配置为具有在2500和3250之间的相应Q因子。
行进通过波长调谐器108的光具有相对较低的强度，因此波长调谐器108中的光损耗不会不利地影响光强度。具有高反射率的反射器144有效地将RSOA 104的激光腔从后端116延伸到反射器144。同时，根据一些实施例，RSOA 104的前端112的特征在于低反射率(例如，在1％和10％之间)，表示可调谐激光器设备100的期望输出端口反射率。一般来说，根据一些实施例，降低前端112的反射率倾向于增加可调谐激光器100的输出功率。另外，具有较低强度的光(在被RSOA 104放大之前)将由于穿过波长调谐器108并且返回到RSOA104而遭受损失。然而，如上所讨论的，波长调谐器108的损耗相对较低。在激光强度被RSOA 104放大后，光通过低反射率前端112以最小的损耗输出。
因此，示例可调谐激光器100具有低调谐器损耗并且能够以具有宽带可调谐性的较高效率输出高功率光，同时保持低功耗。与包括多个增益芯片的一些常规可调谐激光器不同，可调谐激光器100仅利用单个增益芯片就实现了高输出功率，与多增益芯片可调谐激光器相比，这有助于降低功耗。
环形谐振器128经由光学耦合区域160光学耦合到波导136、140，并且环形谐振器132经由光学耦合区域164光学耦合到波导140、148。根据实施例，光学耦合区域160被配置为提供具有2000和4000之间的Q因子的环形谐振器128，并且光学耦合区域164被配置为提供具有2000和4000之间的Q因子的环形谐振器132。
图5是根据实施例的图1的环形谐振器128的一部分和波导136的一部分的图500，其被放大以图示环形谐振器128和波导136的光学耦合。
环形谐振器128的波导和波导136被布置成在光学耦合区域504中彼此接近。在实施例中，光学耦合区域504对应于图1中所图示的光学耦合部160-1。在光学耦合区域504内，环形谐振器128的波导和波导136被长度为LC的宽度为WC的间隙分离。选择光学耦合区域504的间隙宽度WC和长度LC以实现环形谐振器128和波导136之间的期望的光学耦合度，其中光学耦合度对应于上面讨论的耦合系数(κ2)。再次参考图3和图4，曲线图304和曲线图404图示了耦合系数(κ2)与环形谐振器128、132的Q因子相关。因此，选择光学耦合区域504的间隙宽度WC和长度LC以实现环形谐振器128和波导136之间的期望程度的光学耦合，这对应于用于环形谐振器128的期望Q因子。
在使用波导宽度为0.3μm的脊型波导的实施例中，将间隙宽度Wc选择为约0.3μm(即，0.3μm±0.015μm)并且将光学耦合区域504的长度Lc选择为约3μm和7μm之间(即，2.985μm和7.015μm之间)将导致具有约2000和4000之间的Q因子的环形谐振器。
现在参考图1和图5，在一些实施例中，光学耦合区域160-2、164-1和164-2的结构类似于耦合区域504。
图6是根据实施例的可调谐激光器100的光输出功率对波长的曲线图600，其中环形谐振器128和环形谐振器132被配置为具有约3000的Q因子。图7是根据实施例，在600毫安(mA)下，可调谐激光器100的光输出功率和SMSR对波长的曲线图700，其中环形谐振器128和环形谐振器132被配置为具有约3000的相应Q因子。如图700中可以看出，光输出功率保持在18dBm以上并且SMSR保持在35dB以上。
在各种实施例中，本文描述的光波导包括被较低折射率材料包围的高折射率区域。例如，波导可以包括在一侧或多侧上被相对较低折射率材料(诸如空气、二氧化硅或其他相对较低折射率材料)包围的相对较高折射率材料(诸如硅、掺杂硅或其他相对较高折射率材料)的凸起通道或脊。
图8是根据实施例的仅使用单个增益芯片来生成和输出经波长调谐的光的可调谐激光器的操作的示例方法800的流程图。方法800由本文描述的可调谐激光器的任何实施例来执行，在各种实施例中，包括图1的示例可调谐激光器100，并且为了便于解释，参考图1来描述图8。在其他实施例中，方法800由不同于图1的可调谐激光器100和/或本文描述的其他实施例的另一个合适的可调谐激光器来执行。
在框804处，RSOA生成光。例如，在实施例中，RSOA 104生成光。
在框808处，由RSOA生成的光经由RSOA的后端传递到波长调谐器。例如，在实施例中，由RSOA 104生成的光经由RSOA 104的后端116传递到波长调谐器108。
在框812处，波长调谐器的多个环形谐振器，每个环形谐振器具有在2000和4000之间的相应Q因子，在光中引入相应的谐振频率偏移。例如，在实施例中，环形谐振器128和环形谐振器132在光中引入相应的谐振频率偏移。
在框816处，波长调谐器生成经波长调谐的光，该经波长调谐的光在特定频率处具有峰值，该特定频率对应于由多个环形谐振器引起的谐振频率偏移之间的差。例如，在实施例中，波长调谐器108生成经波长调谐的光，该经波长调谐的光在特定频率处具有峰值，该特定频率对应于由环形谐振器128和环形谐振器132引起的谐振频率偏移之间的差。
在框820处，经波长调谐的光经由RSOA的后端传递回RSOA。例如，在实施例中，经波长调谐的光经由RSOA 104的后端116传递回RSOA 104。
在框824处，RSOA经由RSOA的前端输出经波长调谐的光。例如，在实施例中，RSOA104经由RSOA 104的前端112输出经波长调谐的光。
在一些实施例中，方法800可选地还包括经由多个波导在RSOA和多个环形谐振器之间以及多个环形谐振器之中的环形谐振器之间传递光；以及经由光学耦合部将多个谐振器光学耦合到多个波导，该光学耦合部被配置为提供具有高于2000且低于4000的相应Q因子的多个环形谐振器。
在一些实施例中，在RSOA和多个环形谐振器之间以及在多个环形谐振器之中的环形谐振器之间传递光包括：经由多个波导之中的第一波导将光从RSOA的后端传递到多个环形谐振器之中的第一环形谐振器；以及经由多个波导之中的第二波导将光从第一环形谐振器传递到多个环形谐振器之中的第二环形谐振器。例如，光经由波导136在RSOA和环形谐振器128之间传递；并且光经由波导140在环形谐振器128和环形谐振器132之间传递。
在实施例中，在多个环形谐振器之中的环形谐振器之间传递光包括：经由第一光学耦合部将第一波导光学耦合到第一环形谐振器，该第一光学耦合部被配置为提供具有高于2000且低于4000的第一Q因子的第一环形谐振器；经由第二光学耦合部将第二波导光学耦合到第一环形谐振器，该第二光学耦合部被配置为提供具有高于2000且低于4000的第一Q因子的第一环形谐振器；以及经由第三光学耦合部将第二波导光学耦合到第二环形谐振器，该第三光学耦合部被配置为提供具有高于2000且低于4000的第一Q因子的第二环形谐振器。例如，波导136经由光学耦合部160-1光学耦合到环形谐振器128，该光学耦合部160-1被配置为提供具有2000和4000之间的Q因子的环形谐振器128；波导140经由光学耦合部160-2光学耦合到环形谐振器128，光学耦合部160-2被配置为提供具有2000和4000之间的Q因子的环形谐振器128；并且波导140经由光学耦合部164-1光学耦合到环形谐振器132，光学耦合部164-1被配置为提供具有2000和4000之间的Q因子的环形谐振器132。
在实施例中，方法800还包括：经由第三波导将光从第二环形谐振器传递到反射器；以及经由第四光学耦合部将第三波导光学耦合到第二环形谐振器，该第四光学耦合部被配置为提供具有高于2000且低于4000的第一Q因子的第二环形谐振器。例如，波导148在环形谐振器132和反射器144之间传递光；并且环形谐振器132经由光学耦合部164-2光学耦合到波导148，该光学耦合部164-2被配置为提供具有2000和4000之间的Q因子的环形谐振器132。
图9是根据实施例的制造被配置为仅使用单个增益芯片来生成和输出经波长调谐的光的可调谐激光器的示例方法900的流程图。执行方法900来制造本文描述的可调谐激光器的任何实施例，包括在各种实施例中的图1的示例可调谐激光器100。在其他实施例中，执行方法900来制造不同于图1的可调谐激光器100和/或本文描述的可调谐激光器的其他实施例的另一个合适的可调谐激光器。
在框904处，在半导体衬底上制造波长调谐器，包括在半导体衬底上制造具有高于2000且低于4000的相应Q因子的多个环形谐振器。
在框908处，将单增益芯片安装在半导体衬底上，该单增益芯片包括RSOA，该RSOA具有被配置为输出经波长调谐的光的前端，其中该单增益芯片被安装成使得RSOA的后端光学耦合到波长调谐器。
在实施例中，在框904处在半导体衬底上制造波长调谐器可选地包括：在半导体衬底上制造多个波导，该多个波导经由光学耦合部光学耦合到该多个环形谐振器，该光学耦合部被配置为提供具有高于2000且低于4000的相应Q因子的环形谐振器。
在另一个实施例中，在框904在半导体衬底上制造波长调谐器包括：在半导体衬底上制造多个波导之中的第一波导，包括制造当增益芯片安装到半导体衬底上时光学耦合到RSOA的后端的第一波导，并且使得第一波导经由第一光学耦合部光学耦合到多个环形谐振器之中的第一环形谐振器；以及在半导体衬底上制造多个波导之中的第二波导，使得第二波导经由第二光学耦合部光学耦合到第一环形谐振器，并且经由第三光学耦合部光学耦合到多个环形谐振器之中的第二环形谐振器。在实施例中，第一波导和第一谐振器制造在半导体衬底上，使得第一光学耦合部包括第一波导的第一部分，该第一波导的第一部分以第一间隙宽度W接近第一环形谐振器的第一部分设置，持续第一长度L；在半导体衬底上制造第二波导和第一谐振器，使得第二光学耦合部包括第二波导的第一部分，该第二波导的第一部分以第二间隙宽度W接近第一环形谐振器的第二部分设置，持续第二长度L；并且第一波导、第二波导和第一谐振器被制造在半导体衬底上，使得第一间隙宽度W、第一长度L、第二间隙宽度W和第二长度L被配置为提供具有高于2000且低于4000的第一Q因子的第一环形谐振器。
在另一个实施例中，在框904处在半导体衬底上制造波长调谐器还包括：制造第二波导和第三光学耦合部，使得第二波导的第二部分以第三间隙宽度W接近第二环形谐振器的第一部分设置，持续第三长度L；在半导体衬底上制造第三波导，使得第三波导经由第四光学耦合部光学耦合到第二环形谐振器；制造第三波导和第二环形谐振器，使得第四光学耦合部包括第三波导的第一部分，该第三波导的第一部分以第四间隙宽度W接近第二环形谐振器的第二部分设置，持续第四长度L；并且第三间隙宽度W、第三长度L、第四间隙宽度W和第四长度L被配置为提供具有高于2000且低于4000的第一Q因子的第二环形谐振器。
在另一个实施例中，在框904处在半导体衬底上制造波长调谐器包括：在半导体衬底上制造第一环形谐振器，该第一环形谐振器被配置为在行进通过第一环形谐振器的光中引起第一相移；以及在半导体衬底上制造第二环形谐振器，该第二环形谐振器被配置为在行进通过第二环形谐振器的光中引起第二相移，第二相移不同于第一相移；制造该波长调谐器，使得该波长调谐器被配置为生成光干涉光谱，该光干涉光谱在取决于该第一相移和该第二相移之差的波长处具有峰值。
在另一个实施例中，在框904处在半导体衬底上制造波长调谐器包括：在半导体衬底上制造光学耦合到多个环形谐振器的反射器。
在另一个实施例中，在框908处将单增益芯片安装在半导体衬底上包括将单增益芯片倒装到半导体衬底。
实施例1：一种用于仅使用单个增益芯片来生成和输出经波长调谐的光的可调谐激光器，包括：反射式半导体光学放大器(RSOA)，具有被配置作为用于输出经波长调谐的光的输出端口的前端，该经波长调谐的光相对于在RSOA的所述后端接收到的光具有放大的光强度；以及波长调谐器，光学耦合到RSOA的所述后端，该波长调谐器包括多个环形谐振器，该多个环形谐振器具有高于2000且低于4000的相应Q因子。
实施例2：根据实施例1所述的可调谐激光器，其中该波长调谐器还包括：多个波导，该多个波导经由光学耦合部光学耦合到该多个环形谐振器，该光学耦合部被配置为提供具有高于2000且低于4000的相应Q因子的环形谐振器。
实施例3：根据实施例2所述的可调谐激光器，其中：多个波导之中的第一波导光学耦合到RSOA的后端，并且经由第一光学耦合部光学耦合到多个环形谐振器之中的第一环形谐振器；并且多个波导之中的第二波导经由第二光学耦合部光学耦合到第一环形谐振器，并且经由第三光学耦合部光学耦合到多个环形谐振器之中的第二环形谐振器；第一光学耦合部包括第一波导的第一部分，该第一波导的第一部分以第一间隙宽度W接近第一环形谐振器的第一部分设置，持续第一长度L；第二光学耦合部包括第二波导的第一部分，该第二波导的第一部分以第二间隙宽度W接近第一环形谐振器的第二部分设置，持续第二长度L；并且第一间隙宽度W、第一长度L、第二间隙宽度W和第二长度L被配置为提供具有高于2000且低于4000的第一Q因子的第一环形谐振器。
实施例4：根据实施例3所述的可调谐激光器，其中：波长调谐器还包括第三波导，该第三波导经由第四光学耦合部与第二环形谐振器光学耦合；并且第三光学耦合部包括第二波导的第二部分，该第二波导的第二部分以第三间隙宽度W接近第二环形谐振器的第一部分设置，持续第三长度L；第四光学耦合部包括第三波导的第一部分，该第三波导的第一部分以第四间隙宽度W接近第二环形谐振器的第二部分设置，持续第四长度L；并且第三间隙宽度W、第三长度L、第四间隙宽度W和第四长度L被配置为提供具有高于2000且低于4000的第一Q因子的第二环形谐振器。
实施例5：根据实施例1至4中任一个所述的可调谐激光器，其中该波长调谐器包括：第一环形谐振器，被配置为在行进通过第一环形谐振器的光中引起第一相移；以及第二环形谐振器，被配置为在行进通过第二环形谐振器的光中引起第二相移，第二相移不同于第一相移；其中该波长调谐器被配置为生成光干涉光谱，该光干涉光谱在取决于该第一相移和该第二相移之差的波长处具有峰值。
实施例6：根据实施例1至5中任一个所述的可调谐激光器，其中：该波长调谐器还包括光学耦合到该多个环形谐振器的反射器，该反射器被配置为接收来自该多个环形谐振器的光并且将所接收到的光的大部分反射回该多个环形谐振器。
实施例7：根据实施例1至6中任一个所述的可调谐激光器，其中：波长调谐器形成在半导体衬底上；并且RSOA容纳在安装到半导体衬底的芯片上。
实施例8：根据实施例1至7中任一个所述的可调谐激光器，其中：该多个环形谐振器具有高于2000和低于3500的相应Q因子。
实施例9：根据实施例1至8中任一个所述的可调谐激光器，其中：该多个环形谐振器具有高于2500和低于3500的相应Q因子。
实施例10：根据实施例1至9中任一个所述的可调谐激光器，其中：该多个环形谐振器具有高于2500和低于3250的相应Q因子。
实施例11：一种操作单增益芯片可调谐激光器的方法，该方法包括：经由RSOA生成光；将RSOA生成的光经由RSOA的后端传递到波长调谐器；以及经由波长调谐器的多个环形谐振器在光中引入相应的频率偏移，每个环形谐振器具有在2000和4000之间的相应品质因子(Q因子)；利用波长调谐器生成经波长调谐的光，该经波长调谐的光在特定频率处具有峰值，该特定频率对应于由多个环形谐振器引起的谐振频率偏移之间的差；经由RSOA的后端将经波长调谐的光传递回RSOA；以及经由RSOA的前端从RSOA输出经波长调谐的光。
实施例12：根据实施例11所述的操作单增益芯片可调谐激光器的方法，还包括：经由多个波导在RSOA和多个环形谐振器之间，以及在多个环形谐振器之中的环形谐振器之间传递光；以及经由光学耦合部将多个谐振器光学耦合到多个波导，该光学耦合部被配置为提供具有高于2000且低于4000的相应Q因子的多个环形谐振器。
实施例13：根据实施例12所述的操作单增益芯片可调谐激光器的方法，其中在RSOA和多个环形谐振器之间以及在多个环形谐振器之中的环形谐振器之间传递光包括：经由多个波导之中的第一波导将光从RSOA的后端传递到多个环形谐振器之中的第一环形谐振器；以及经由多个波导之中的第二波导将光从第一环形谐振器传递到多个环形谐振器之中的第二环形谐振器。
实施例14：根据实施例13所述的操作单增益芯片可调谐激光器的方法，其中使光在多个环形谐振器之中的环形谐振器之间通过包括：经由第一光学耦合部将第一波导光学耦合到第一环形谐振器，该第一光学耦合部被配置为提供具有高于2000且低于4000的第一Q因子的第一环形谐振器；经由第二光学耦合部将第二波导光学耦合到第一环形谐振器，该第二光学耦合部被配置为提供具有高于2000且低于4000的第一Q因子的第一环形谐振器；以及经由第三光学耦合部将第二波导光学耦合到第二环形谐振器，该第三光学耦合部被配置为提供具有高于2000且低于4000的第一Q因子的第二环形谐振器。
实施例15：根据实施例14所述的操作单增益芯片可调谐激光器的方法，其还包括：将来自第二环形谐振器的光经由第三波导传递到反射器；以及经由第四光学耦合部将第三波导光学耦合到第二环形谐振器，该第四光学耦合部被配置为提供具有高于2000且低于4000的第一Q因子的第二环形谐振器。
实施例16：根据实施例11至15中任一个所述的操作单增益芯片可调谐激光器的方法，其中每个环形谐振器具有高于2000和低于3500的相应Q因子。
实施例17：根据实施例11至16中任一个所述的操作单增益芯片可调谐激光器的方法，其中每个环形谐振器具有高于2500和低于3500的相应Q因子。
实施例18：根据实施例11至17中任一个所述的操作单增益芯片可调谐激光器的方法，其中每个环形谐振器具有高于2500和低于3250的相应Q因子。
实施例19：一种制造可调谐激光器的方法，该可调谐激光器被配置为仅使用单个增益芯片来生成和输出经波长调谐的光，该方法包括：在半导体衬底上制造波长调谐器，包括在该半导体衬底上制造具有高于2000且低于4000的相应Q因子的多个环形谐振器；以及将该单增益芯片安装在该半导体衬底上，该单增益芯片包括RSOA，该RSOA具有被配置为输出经波长调谐的光的前端，其中该单增益芯片被安装成使得该RSOA的后端光学耦合到该波长调谐器。
实施例20：根据实施例19所述的制造可调谐激光器的方法，其中在半导体衬底上制造波长调谐器包括：在半导体衬底上制造多个波导，该多个波导经由光学耦合部光学耦合到该多个环形谐振器，该光学耦合部被配置为提供具有高于2000且低于4000的相应Q因子的环形谐振器。
实施例21：根据实施例20所述的制造可调谐激光器的方法，其中在半导体衬底上制造波长调谐器还包括：在半导体衬底上制造多个波导之中的第一波导，包括制造当增益芯片安装到半导体衬底上时光学耦合到RSOA的所述后端的第一波导，使得第一波导经由第一光学耦合部光学耦合到多个环形谐振器之中的第一环形谐振器；以及在半导体衬底上制造多个波导之中的第二波导，使得第二波导经由第二光学耦合部光学耦合到第一环形谐振器，并且经由第三光学耦合部光学耦合到多个环形谐振器之中的第二环形谐振器。
实施例22：根据实施例21所述的制造可调谐激光器的方法，其中在半导体衬底上制造波长调谐器还包括：在半导体衬底上制造第一波导和第一谐振器，使得第一光学耦合部包括第一波导的第一部分，该第一波导的第一部分以第一间隙宽度W接近第一环形谐振器的第一部分设置，持续第一长度L；在半导体衬底上制造第二波导和第一谐振器，使得第二光学耦合部包括第二波导的第一部分，该第二波导的第一部分以第二间隙宽度W接近第一环形谐振器的第二部分设置，持续第二长度L；以及在半导体衬底上制造第一波导、第二波导和第一谐振器，使得第一间隙宽度W、第一长度L、第二间隙宽度W和第二长度L被配置为提供具有高于2000且低于4000的第一Q因子的第一环形谐振器。
实施例23：根据实施例22所述的制造可调谐激光器的方法，其中在半导体衬底上制造波长调谐器还包括：制造第二波导和第三光学耦合部，使得第二波导的第二部分以第三间隙宽度W接近第二环形谐振器的第一部分设置，持续第三长度L；在半导体衬底上制造第三波导，使得第三波导经由第四光学耦合部光学耦合到第二环形谐振器；制造第三波导和第二环形谐振器，使得第四光学耦合部包括第三波导的第一部分，该第三波导的第一部分以第四间隙宽度W接近第二环形谐振器的第二部分设置，持续第四长度L；并且其中第三间隙宽度W、第三长度L、第四间隙宽度W和第四长度L被配置为提供具有高于2000且低于4000的第二Q因子的第二环形谐振器。
实施例24：根据实施例19至23中任一个所述的制造可调谐激光器的方法，其中在半导体衬底上制造波长调谐器包括：在半导体衬底上制造第一环形谐振器，该第一环形谐振器被配置为在行进通过第一环形谐振器的光中引起第一相移；在该半导体衬底上制造第二环形谐振器，该第二环形谐振器被配置为在行进通过该第二环形谐振器的光中引起第二相移，该第二相移不同于该第一相移；以及制造该波长调谐器，使得该波长调谐器被配置为生成光干涉光谱，该光干涉光谱在取决于该第一相移和该第二相移之差的波长处具有峰值。
实施例25：根据实施例19至24中任一个所述的制造可调谐激光器的方法，其中在半导体衬底上制造波长调谐器包括：在半导体衬底上制造光学耦合到多个环形谐振器的反射器，该反射器被配置为接收来自多个环形谐振器的光并且将接收到的光的大部分反射回多个环形谐振器。
实施例26：根据实施例19至25中任一个所述的制造可调谐激光器的方法，其中将单增益芯片安装在半导体衬底上包括：将单增益芯片倒装到半导体衬底上。
实施例27：根据实施例19至26中任一个所述的制造可调谐激光器的方法，其中：该多个环形谐振器具有高于2000和低于3500的相应Q因子。
实施例28：根据实施例19至27中任一个所述的制造可调谐激光器的方法，其中：该多个环形谐振器具有高于2500和低于3500的相应Q因子。
实施例29：根据实施例19至28中任一个所述的制造可调谐激光器的方法，其中：该多个环形谐振器具有高于2500和低于3250的相应Q因子。
尽管已经参考具体示例描述了本公开，该具体示例仅用于说明而不是限制本公开，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所公开的实施例进行改变、添加和/或删除。

Claims (20)

1.一种用于仅使用单个增益芯片生成和输出经波长调谐的光的可调谐激光器，包括：
反射式半导体光学放大器RSOA，所述反射式半导体光学放大器具有被配置作为用于输出所述经波长调谐的光的输出端口的前端，所述经波长调谐的光相对于在所述RSOA的后端接收到的光具有放大的光强度；以及
波长调谐器，光学耦合到RSOA的后端，所述波长调谐器包括多个环形谐振器，所述多个环形谐振器具有高于2000并且低于4000的相应Q因子。
2.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其中所述波长调谐器还包括：
多个波导，经由光学耦合部光学耦合到所述多个环形谐振器，所述光学耦合部被配置为提供具有高于2000并且低于4000的相应Q因子的所述环形谐振器。
3.根据权利要求2所述的可调谐激光器，其中：
所述多个波导之中的第一波导光学耦合到所述RSOA的所述后端并且经由第一光学耦合部光学耦合到所述多个环形谐振器之中的第一环形谐振器；
所述多个波导之中的第二波导经由第二光学耦合部光学耦合到所述第一环形谐振器，并且经由第三光学耦合部光学耦合到所述多个环形谐振器之中的第二环形谐振器；
所述第一光学耦合部包括所述第一波导的第一部分，所述第一波导的第一部分以第一间隙宽度W接近所述第一环形谐振器的第一部分设置，持续第一长度L；
所述第二光学耦合部包括所述第二波导的第一部分，所述第二波导的第一部分以第二间隙宽度W接近所述第一环形谐振器的第二部分设置，持续第二长度L；以及
所述第一间隙宽度W、所述第一长度L、所述第二间隙宽度W和所述第二长度L被配置为提供具有高于2000且低于4000的第一Q因子的第一环形谐振器。
4.根据权利要求3所述的可调谐激光器，其中：
所述波长调谐器还包括第三波导，所述第三波导经由第四光学耦合部光学耦合到所述第二环形谐振器；
所述第三光学耦合部包括所述第二波导的第二部分，所述第二波导的第二部分以第三间隙宽度W接近所述第二环形谐振器的第一部分设置，持续第三长度L；
所述第四光学耦合部包括所述第三波导的第一部分，所述第一部分以第四间隙宽度W接近所述第二环形谐振器的第二部分设置，持续第四长度L；以及
所述第三间隙宽度W、所述第三长度L、所述第四间隙宽度W和所述第四长度L被配置为提供具有高于2000并且低于4000的第一Q因子的所述第二环形谐振器。
5.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其中所述波长调谐器包括：
第一环形谐振器，被配置为在行进通过所述第一环形谐振器的光中引起第一相移；以及
第二环形谐振器，被配置为在行进通过所述第二环形谐振器的光中引起第二相移，所述第二相移不同于所述第一相移；
其中所述波长调谐器被配置为生成光干涉光谱，所述光干涉光谱在取决于所述第一相移和所述第二相移之间的差的波长处具有峰值。
6.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其中：
所述波长调谐器还包括光学耦合到所述多个环形谐振器的反射器，所述反射器被配置为接收来自所述多个环形谐振器的光并且将所接收的所述光的大部分反射回所述多个环形谐振器。
7.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其中：
所述波长调谐器形成在半导体衬底上；以及
所述RSOA被容纳在安装到所述半导体衬底的芯片上。
8.一种操作单增益芯片可调谐激光器的方法，所述方法包括：
由反射式半导体光学放大器RSOA生成光；
将由所述RSOA生成的所述光经由所述RSOA的后端传递到波长调谐器；
由所述波长调谐器的多个环形谐振器在所述光中引入相应的频率偏移，每个环形谐振器具有在2000和4000之间的相应的品质因子(Q因子)；
利用所述波长调谐器生成经波长调谐的光，所述经波长调谐的光在特定频率处具有峰值，所述特定频率对应于由所述多个环形谐振器引起的谐振频率偏移之间的差；
经由所述RSOA的所述后端将所述经波长调谐的光传递回所述RSOA；以及
经由所述RSOA的前端从所述RSOA输出所述经波长调谐的光。
9.根据权利要求8所述的操作单增益芯片可调谐激光器的方法，还包括：
经由多个波导在所述RSOA和所述多个环形谐振器之间以及在所述多个环形谐振器之中的环形谐振器之间传递光；以及
经由光学耦合部将所述多个谐振器光学耦合到所述多个波导，所述光学耦合部被配置为提供具有高于2000且低于4000的相应Q因子的所述多个环形谐振器。
10.根据权利要求9所述的操作单增益芯片可调谐激光器的方法，其中在所述RSOA和所述多个环形谐振器之间以及在所述多个环形谐振器之中的环形谐振器之间传递光包括：
经由所述多个波导中的第一波导将光从所述RSOA的所述后端传递到所述多个环形谐振器之中的第一环形谐振器；以及
经由所述多个波导中的第二波导将光从所述第一环形谐振器传递到所述多个环形谐振器之中的第二环形谐振器。
11.根据权利要求10所述的操作单增益芯片可调谐激光器的方法，其中在所述多个环形谐振器之中的环形谐振器之间传递光包括：
经由第一光学耦合部将所述第一波导光学耦合到所述第一环形谐振器，所述第一光学耦合部被配置为提供具有高于2000并且低于4000的第一Q因子的所述第一环形谐振器；
经由第二光学耦合部将第二波导光学耦合到所述第一环形谐振器，所述第二光学耦合部被配置为提供具有高于2000并且低于4000的第一Q因子的所述第一环形谐振器；以及
经由第三光学耦合部将所述第二波导光学耦合到所述第二环形谐振器，所述第三光学耦合部被配置为提供高于2000并且低于4000的第一Q因子的所述第二环形谐振器。
12.根据权利要求10所述的操作单增益芯片可调谐激光器的方法，还包括：
经由第三波导将来自所述第二环形谐振器的光传递到反射器；以及
经由第四光学耦合部将所述第三波导光学耦合到所述第二环形谐振器，所述第四光学耦合部被配置为提供具有高于2000并且低于4000的第一Q因子的所述第二环形谐振器。
13.一种制造可调谐激光器的方法，所述可调谐激光器被配置为仅使用单个增益芯片来生成和输出经波长调谐的光，所述方法包括：
在半导体衬底上制造波长调谐器，包括在所述半导体衬底上制造具有高于2000并且低于4000的相应Q因子的多个环形谐振器；以及
将所述单增益芯片安装在所述半导体衬底上，所述单增益芯片包括反射式半导体光学放大器RSOA，所述反射式半导体光学放大器RSOA具有被配置为输出经波长调谐的光的前端，其中所述单增益芯片被安装成使得所述RSOA的后端光学耦合到所述波长调谐器。
14.根据权利要求13所述的制造可调谐激光器的方法，其中在所述半导体衬底上制造所述波长调谐器包括：
在所述半导体衬底上制造多个波导，所述多个波导经由光学耦合部光学耦合到所述多个环形谐振器，所述光学耦合部被配置为提供具有高于2000并且低于4000的相应Q因子的所述环形谐振器。
15.根据权利要求14所述的可调谐激光器的制造方法，其中在所述半导体衬底上制造所述波长调谐器还包括：
在所述半导体衬底上制造所述多个波导中的第一波导，包括制造当所述增益芯片安装到所述半导体衬底上时光学耦合到所述RSOA的所述后端的所述第一波导，并且使得所述第一波导经由第一光学耦合部光学耦合到所述多个环形谐振器之中的第一环形谐振器；以及
在所述半导体衬底上制造所述多个波导中的第二波导，使得所述第二波导经由第二光学耦合部光学耦合到所述第一环形谐振器，并且经由第三光学耦合部光学耦合到所述多个环形谐振器之中的第二环形谐振器。
16.根据权利要求15所述的可调谐激光器的制造方法，其中在所述半导体衬底上制造所述波长调谐器还包括：
在所述半导体衬底上制造所述第一波导和所述第一谐振器，使得所述第一光学耦合部包括所述第一波导的第一部分，所述第一波导的第一部分以第一间隙宽度W接近所述第一环形谐振器的第一部分设置，持续第一长度L；
在所述半导体衬底上制造所述第二波导和所述第一谐振器，使得所述第二光学耦合部包括所述第二波导的第一部分，所述第二波导的第一部分以第二间隙宽度W接近所述第一环形谐振器的第二部分设置，持续第二长度L；以及
在所述半导体衬底上制造所述第一波导、所述第二波导和所述第一谐振器，使得所述第一间隙宽度W、所述第一长度L、所述第二间隙宽度W和所述第二长度L被配置为提供具有高于2000且低于4000的第一Q因子的所述第一环形谐振器。
17.根据权利要求16所述的可调谐激光器的制造方法，其中在所述半导体衬底上制造所述波长调谐器还包括：
制造所述第二波导和所述第三光学耦合部，使得所述第二波导的第二部分以第三间隙宽度W接近所述第二环形谐振器的第一部分设置，持续第三长度L；
在所述半导体衬底上制造第三波导，使得所述第三波导经由第四光学耦合部光学耦合到所述第二环形谐振器；
制造所述第三波导和所述第二环形谐振器，使得所述第四光学耦合部包括所述第三波导的第一部分，所述第三波导的第一部分以第四间隙宽度W接近所述第二环形谐振器的第二部分设置，持续第四长度L；以及
其中所述第三间隙宽度W、所述第三长度L、所述第四间隙宽度W和所述第四长度L被配置为提供具有高于2000并且低于4000的所述第二Q因子的所述第二环形谐振器。
18.根据权利要求13所述的制造可调谐激光器的方法，其中在所述半导体衬底上制造所述波长调谐器包括：
在所述半导体衬底上制造第一环形谐振器，所述第一环形谐振器被配置为在行进通过所述第一环形谐振器的光中引起第一相移；
在所述半导体衬底上制造第二环形谐振器，所述第二环形谐振器被配置为在行进通过所述第二环形谐振器的光中引起第二相移，所述第二相移不同于所述第一相移；以及
制造所述波长调谐器，使得所述波长调谐器被配置为生成光干涉光谱，所述光干涉光谱在取决于所述第一相移和所述第二相移之差的波长处具有峰值。
19.根据权利要求13所述的制造可调谐激光器的方法，其中在所述半导体衬底上制造所述波长调谐器包括：
在所述半导体衬底上制造光学耦合到所述多个环形谐振器的反射器，所述反射器被配置为接收来自所述多个环形谐振器的光并且将所接收的所述光的大部分反射回所述多个环形谐振器。
20.根据权利要求13所述的制造可调谐激光器的方法，其中在所述半导体衬底上安装所述单增益芯片包括：
将所述单增益芯片倒装到所述半导体衬底。
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