CN216251625U - 一种激光芯片及光模块 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供的激光芯片及光模块中，激光芯片表面设置有至少两个激光器，其中一个所述激光器包括增益区和光栅区，光栅区设有电极，通过电极向光栅区输入不同电流以输出不同波长光束，进而向相对短波长方向增加光栅自身的波长调制范围；另一个所述激光器包括增益区和光栅区，且光栅区的光波导延伸方向相对于出光方向倾斜，通过改变倾斜角大小以输出不同波长的第二光束，通过采用斜波导设计，实现向相对长波长方向增加波长调制范围。本申请可以实现在激光芯片层次集成激光器，实现单颗芯片多路激光器同时工作，提高芯片的集成密度，且可以通过载流子注入变化和斜波导共同实现波长的精确调制。

Description

一种激光芯片及光模块

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种激光芯片及光模块。

背景技术

由硅光芯片实现光电转换功能已经成为高速光模块目前采用的一种主流方案。由于硅光芯片采用的硅材料不是理想的激光芯片发光材料，不能在硅光芯片制作过程集成发光单元，所以硅光芯片需要由外部光源提供光。在当代高速硅光芯片设计中，提高光源的集成程度是主要趋势。

目前通常将多个激光芯片机械焊接在同一个衬底上，通过金线将激光芯片的电极与衬底的电极相连，实现衬底层次的光源集成。由于激光芯片是通过机械操作固定在衬底上，工业操作精度较低，相邻激光芯片的间隔保持在mm量级，进而这种方式下的光源集成度较低。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种激光芯片及光模块，通过在单一激光芯片上设置多路激光器以实现芯片层次的光源集成，提高光源集成度。

本申请实施例提供的一种激光芯片，包括：

表面设置激光器阵列，所述激光器阵列至少包括两个激光器，其中：

一个所述激光器包括增益区和光栅区，所述光栅区具有电极，所述电极与外电流源电连接，用于接收不同电流以输出不同波长光束；

另一个所述激光器包括增益区和光栅区，所述光栅区的光波导延伸方向与出光方向间具有倾斜角。

本申请实施例提供的一种光模块，包括上述激光芯片。

有益效果：

由上述可见，本申请实施例提供的激光芯片及光模块中，激光芯片表面设置有至少两个激光器，其中一个所述激光器包括增益区和光栅区，光栅区设有电极，电极与外电流源电连接，通过电极向光栅区输入不同电流以输出不同波长光束，进而向相对短波长方向增加光栅自身的波长调制范围；另一个所述激光器包括增益区和光栅区，且光栅区的光波导延伸方向相对于出光方向倾斜，通过改变倾斜角大小以输出不同波长的第二光束，通过采用斜波导设计，实现向相对长波长方向增加波长调制范围。本申请可以实现在激光芯片层次集成激光器，实现单颗芯片多路激光器同时工作，提高芯片的集成密度，且可以通过载流子注入变化和斜波导共同实现波长的精确调制。

附图说明

为了更清楚地说明本公开中的技术方案，下面将对本公开一些实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。此外，以下描述中的附图可以视作示意图，并非对本公开实施例所涉及的产品的实际尺寸、方法的实际流程、信号的实际时序等的限制。

图1为根据一些实施例的一种光通信系统的连接关系图；

图2为根据一些实施例的一种光网络终端的结构图；

图3为根据一些实施例的一种光模块的结构图；

图4为根据一些实施例的一种光模块的分解图；

图5为根据一些实施例的激光芯片上设置各激光器的分布示意图；

图6为根据一些实施例的激光芯片的光波导结构示意图；

图7为根据一些实施例的激光芯片的增益区和光栅区的具体设计示意图；

图8为根据一些实施例的激光芯片的光波导倾斜角度与波长变化关系示意图；

图9为根据一些实施例的激光芯片的10通道激光器的波长示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本公开一些实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开所提供的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非上下文另有要求，否则，在整个说明书和权利要求书中，术语“包括(comprise)”及其其他形式例如第三人称单数形式“包括(comprises)”和现在分词形式“包括(comprising)”被解释为开放、包含的意思，即为“包含，但不限于”。在说明书的描述中，术语“一个实施例(one embodiment)”、“一些实施例(some embodiments)”、“示例性实施例(exemplary embodiments)”、“示例(example)”、“特定示例(specific example)”或“一些示例(some examples)”等旨在表明与该实施例或示例相关的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施例或示例中。上述术语的示意性表示不一定是指同一实施例或示例。此外，所述的特定特征、结构、材料或特点可以以任何适当方式包括在任何一个或多个实施例或示例中。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在描述一些实施例时，可能使用了“耦接”和“连接”及其衍伸的表达。例如，描述一些实施例时可能使用了术语“连接”以表明两个或两个以上部件彼此间有直接物理接触或电接触。又如，描述一些实施例时可能使用了术语“耦接”以表明两个或两个以上部件有直接物理接触或电接触。然而，术语“耦接”或“通信耦合(communicatively coupled)”也可能指两个或两个以上部件彼此间并无直接接触，但仍彼此协作或相互作用。这里所公开的实施例并不必然限制于本文内容。

“A、B和C中的至少一个”与“A、B或C中的至少一个”具有相同含义，均包括以下A、B和C的组合：仅A，仅B，仅C，A和B的组合，A和C的组合，B和C的组合，及A、B和C的组合。

“A和/或B”，包括以下三种组合：仅A，仅B，及A和B的组合。

本文中“适用于”或“被配置为”的使用意味着开放和包容性的语言，其不排除适用于或被配置为执行额外任务或步骤的设备。

如本文所使用的那样，“约”、“大致”或“近似”包括所阐述的值以及处于特定值的可接受偏差范围内的平均值，其中所述可接受偏差范围如由本领域普通技术人员考虑到正在讨论的测量以及与特定量的测量相关的误差(即，测量系统的局限性)所确定。

光通信技术中，使用光携带待传输的信息，并使携带有信息的光信号通过光纤或光波导等信息传输设备传输至计算机等信息处理设备，以完成信息的传输。由于光信号通过光纤或光波导中传输时具有无源传输特性，因此可以实现低成本、低损耗的信息传输。此外，光纤或光波导等信息传输设备传输的信号是光信号，而计算机等信息处理设备能够识别和处理的信号是电信号，因此为了在光纤或光波导等信息传输设备与计算机等信息处理设备之间建立信息连接，需要实现电信号与光信号的相互转换。

光模块在光纤通信技术领域中实现上述光信号与电信号的相互转换功能。光模块包括光口和电口，光模块通过光口实现与光纤或光波导等信息传输设备的光通信，通过电口实现与光网络终端(例如，光猫)之间的电连接，电连接主要用于实现供电、I2C信号传输、数据信号传输以及接地等；光网络终端通过网线或无线保真技术(Wi-Fi)将电信号传输给计算机等信息处理设备。

图1为根据一些实施例的一种光通信系统的连接关系图。如图1所示，光通信系统主要包括远端服务器1000、本地信息处理设备2000、光网络终端100、光模块200、光纤101及网线103。

光纤101的一端连接远端服务器1000，另一端通过光模块200与光网络终端100连接。光纤本身可支持远距离信号传输，例如数千米(6千米至8千米)的信号传输，在此基础上如果使用中继器，则理论上可以实现超长距离传输。因此在通常的光通信系统中，远端服务器1000与光网络终端100之间的距离通常可达到数千米、数十千米或数百千米。

网线103的一端连接本地信息处理设备2000，另一端连接光网络终端100。本地信息处理设备2000可以为以下设备中的任一种或几种：路由器、交换机、计算机、手机、平板电脑、电视机等。

远端服务器1000与光网络终端100之间的物理距离大于本地信息处理设备2000与光网络终端100之间的物理距离。本地信息处理设备2000与远端服务器1000的连接由光纤101与网线103完成；而光纤101与网线103之间的连接由光模块200和光网络终端100完成。

光模块200包括光口和电口。光口被配置为与光纤101连接，从而使得光模块200与光纤101建立双向的光信号连接；电口被配置为接入光网络终端100中，从而使得光模块200与光网络终端100建立双向的电信号连接。光模块200实现光信号与电信号的相互转换，从而使得光纤101与光网络终端100之间建立连接。示例的，来自光纤101的光信号由光模块200转换为电信号后输入至光网络终端100中，来自光网络终端100的电信号由光模块200转换为光信号输入至光纤101中。

光网络终端100包括大致呈长方体的壳体(housing)，以及设置在壳体上的光模块接口102和网线接口104。光模块接口102被配置为接入光模块200，从而使得光网络终端100与光模块200建立双向的电信号连接；网线接口104被配置为接入网线103，从而使得光网络终端100与网线103建立双向的电信号连接。光模块200与网线103之间通过光网络终端100建立连接。示例的，光网络终端100将来自光模块200的电信号传递给网线103，将来自网线103的信号传递给光模块200，因此光网络终端100作为光模块200的上位机，可以监控光模块200的工作。光模块200的上位机除光网络终端100之外还可以包括光线路终端(OpticalLine Terminal，OLT)等。

远端服务器1000通过光纤101、光模块200、光网络终端100及网线103，与本地信息处理设备2000之间建立了双向的信号传递通道。

图2为根据一些实施例的一种光网络终端的结构图，为了清楚地显示光模块200与光网络终端100的连接关系，图2仅示出了光网络终端100的与光模块200相关的结构。如图2所示，光网络终端100中还包括设置于壳体内的PCB电路板105，设置在PCB电路板105的表面的笼子106，以及设置在笼子106内部的电连接器。电连接器被配置为接入光模块200的电口；散热器107具有增大散热面积的翅片等凸起部。

光模块200插入光网络终端100的笼子106中，由笼子106固定光模块200，光模块200产生的热量传导给笼子106，然后通过散热器107进行扩散。光模块200插入笼子106中后，光模块200的电口与笼子106内部的电连接器连接，从而光模块200与光网络终端100建立双向的电信号连接。此外，光模块200的光口与光纤101连接，从而光模块200与光纤101建立双向的电信号连接。

图3为根据一些实施例的一种光模块的结构图，图4为根据一些实施例的一种光模块的分解图。如图3和图4所示，光模块200包括壳体、设置于壳体中的电路板105及光收发器件。

壳体包括上壳体201和下壳体202，上壳体201盖合在下壳体202上，以形成具有两个开口204和205的上述壳体；壳体的外轮廓一般呈现方形体。

在本公开一些实施例中，下壳体202包括底板以及位于底板两侧、与底板垂直设置的两个下侧板；上壳体201包括盖板，以及位于盖板两侧与盖板垂直设置的两个上侧板，由两个侧壁与两个侧板结合，以实现上壳体201盖合在下壳体202上。

两个开口204和205的连线所在方向可以与光模块200的长度方向一致，也可以与光模块200的长度方向不一致。示例地，开口204位于光模块200的端部(图3的左端)，开口205也位于光模块200的端部(图3的右端)。或者，开口204位于光模块200的端部，而开口205则位于光模块200的侧部。其中，开口204为电口，电路板105的金手指从开口204伸出，插入上位机(如光网络终端100)中；开口205为光口，配置为接入外部的光纤101，以使光纤101连接光模块200内部的光收发器件。

采用上壳体201、下壳体202结合的装配方式，便于将电路板105、光收发器件等器件安装到壳体中，由上壳体201、下壳体202可以对这些器件形成封装保护。此外，在装配电路板105等器件时，便于这些器件的定位部件、散热部件以及电磁屏蔽部件的部署，有利于自动化的实施生产。

在一些实施例中，上壳体201及下壳体202一般采用金属材料制成，利于实现电磁屏蔽以及散热。

在一些实施例中，光模块200还包括位于其壳体外壁的解锁部件203，解锁部件203被配置为实现光模块200与上位机之间的固定连接，或解除光模块200与上位机之间的固定连接。

示例地，解锁部件203位于下壳体202的两个下侧板的外壁，包括与上位机的笼子(例如，光网络终端100的笼子106)匹配的卡合部件。当光模块200插入上位机的笼子里，由解锁部件203的卡合部件将光模块200固定在上位机的笼子里；拉动解锁部件203时，解锁部件203的卡合部件随之移动，进而改变卡合部件与上位机的连接关系，以解除光模块200与上位机的卡合关系，从而可以将光模块200从上位机的笼子里抽出。

电路板105包括电路走线、电子元件及芯片，通过电路走线将电子元件和芯片按照电路设计连接在一起，以实现供电、电信号传输及接地等功能。电子元件例如可以包括电容、电阻、三极管、金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。芯片例如可以包括微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、限幅放大器(limiting amplifier)、时钟数据恢复芯片(Clock and Data Recovery，CDR)、电源管理芯片、数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)芯片。

电路板105一般为硬性电路板，硬性电路板由于其相对坚硬的材质，还可以实现承载作用，如硬性电路板可以平稳的承载芯片；硬性电路板还可以插入上位机笼子中的电连接器中。

电路板105还包括形成在其端部表面的金手指301，金手指301由相互独立的多个引脚组成。电路板105插入笼子106中，由金手指301与笼子106内的电连接器导通连接。金手指301可以仅设置在电路板105一侧的表面(例如图4所示的上表面)，也可以设置在电路板105上下两侧的表面，以适应引脚数量需求大的场合。金手指301被配置为与上位机建立电连接，以实现供电、接地、I2C信号传递、数据信号传递等。当然，部分光模块中也会使用柔性电路板。柔性电路板一般与硬性电路板配合使用，以作为硬性电路板的补充。

在硅光结构的光模块中还包括硅光芯片400，硅光芯片400自身没有光源，光源组件500用作硅光芯片400的外置光源。光源组件500可选用激光盒，激光盒内部封装激光芯片，激光芯片发光产生激光束，光源组件500用于向硅光芯片400提供发射激光，激光以较好的单波长特性及较佳的波长调谐特性成为光模块乃至光纤传输的首选光源，而其他类型的光如LED光等，常见的光通信系统一般不会采用，即使特殊的光通信系统中采用了这种光源，其光源的特性及芯片部件与激光存在较大的差别，使得采用激光的光模块与采用其他光源的光模块存在较大的技术差别，本领域技术人员一般不会认为这两种类型的光模块可以相互给与以技术启示。

硅光芯片400的底面与光源组件500的底面分别设置在衬底上，硅光芯片与光源之间具有光连接，光路对硅光芯片及光源之间的位置关系非常敏感，不同膨胀系数的材料对导致不同程度的形变，不利于预设光路的实现；在本申请实施例中，将硅光芯片及光源设置在同一衬底上，同一材料的衬底发生形变，将等同的影响硅光芯片及光源的位置，避免对硅光芯片与光源的相对位置产生较大的改变；将衬底材料的膨胀系数与硅光芯片和和/或光源材质的膨胀系数相近为优选，硅光芯片的主材料是硅，光源可以采用可伐金属，衬底一般选用硅或玻璃等。

衬底与电路板105的关系有很多种，其中一种方式如图4所示，电路板105具有贯穿上下表面的开口，硅光芯片和/或光源设置在开口中，如此，硅光芯片和/或光源可以向电路板上表面及电路板下表面方式同时进行扇热，衬底设置在电路板的一侧，硅光芯片和/或光源穿过电路板的开口进而放置在散热衬底上，衬底起到承托及散热效果；另一种方式中，电路板不设置开口，衬底设置在电路板上，具体可以是衬底设置在电路板表面或嵌入电路板中，硅光芯片和光源设置在衬底表面。

光源组件500的底面设置在衬底上，光源组件500通过侧面出光，其发出的光进入硅光芯片400中。硅光芯片采用硅为主要的基材，而硅不是理想的发光材料，硅光芯片400内无法集成光源，需要外部的光源组件500提供光源。光源组件500向硅光芯片提供的光为波长单一、功率稳定的发射光，不携带任何数据，由硅光芯片400对该发射光进行调制，以实现将数据加载到发射光中。

硅光芯片400的底面设置在衬底上，硅光芯片400的侧面接收来自光源的发射光；发射光的调制以接收光的解调由硅光芯片完成，硅光芯片的表面设置有与电路板打线电连接的焊盘；具体地，电路板向硅光芯片提供来自上位机的数据信号，由硅光芯片将数据信号调制到发射光中，来自外部的接收光经硅光芯片解调成电信号后，通过电路板输出至上位机中。

第一光纤带600和第二光纤带700均是由多根光纤合并而成；在本申请实施例中，第一光纤带600为发射光纤带，第二光纤带700为接收光纤带；第一光纤带600的一端与硅光芯片400连接，另一端与光纤接口800连接；第二光纤带700的一端与硅光芯片400连接，另一端与光纤接口800连接；光纤接口800与外部光纤连接。可以看出，硅光芯片400与光纤接口800之间是通过第一光纤带600、第二光纤带700实现光连接，光纤接口800实现与光模块外部光纤的光连接。

光源组件500将不携带信号的发射光传输至硅光芯片400中，硅光芯片400对不携带信号的发射光进行调制，具体是将数据加载到不携带信号的发射光中，进而将不携带信号的发射光调制为携带数据信号的发射光，该携带数据信号的发射光经过第一光纤带600传输至光纤接口800处，通过光纤接口800传输至外部光纤中，从而将携带数据信号的光传输至光模块外部光纤中，实现将电信号转换为光信号。

来自外部光纤的光信号传输至光纤接口800处，然后通过第二光纤带700将该光信号传输至硅光芯片400中，硅光芯片400将该光信号解调为电信号，通过电路板输出至上位机中，实现将光信号转换为电信号。

本申请实施例中的光源组件500包括激光芯片，本申请以激光芯片尺寸为1*4mm为例。为了实现多通道光源，目前通常将多个激光芯片机械焊接在同一个衬底上，通过金线将激光芯片的电极与衬底的电极相连，实现衬底层次的光源集成。由于激光芯片是通过机械操作固定在衬底上，工业操作精度较低，相邻激光芯片的间隔保持在mm量级，进而这种方式下的光源集成度较低。

本申请实施例提通过在单一激光芯片上设置多路激光器以实现芯片层次的光源集成，提高光源集成度。

本申请的激光芯片表面设置激光器阵列，所述激光器阵列至少包括两个激光器，其中：

一个所述激光器包括增益区和光栅区，通过改变注入所述光栅区的电流大小以输出不同波长的各第一光束；

另一个所述激光器包括增益区和光栅区，所述光栅区的光波导延伸方向相对于出光方向倾斜，通过改变倾斜角大小以输出不同波长的各第二光束；

所述第二光束的波长大于所述第一光束的波长。

光栅区设置有电极，电极与外电流源电连接，通过电极向光栅区输入电流，进而通过改变注入光栅区的电流大小以输出不同波长的第一光束，进而向相对短波长方向增加光栅自身的波长调制范围；另一个所述激光器包括增益区和光栅区，且光栅区的光波导延伸方向相对于出光方向倾斜，通过改变倾斜角大小以输出不同波长的第二光束，通过采用斜波导设计，实现向相对长波长方向增加波长调制范围。本申请可以实现在激光芯片层次集成激光器，且可以通过载流子注入变化和斜波导共同实现波长的精确调制。

本申请实施例中的激光芯片可以作为硅光结构光模块的光源，激光芯片光栅区尾接的法布里泊罗谐振腔中发出的信号光，进入硅光芯片的光入口处。

为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

如图5所示，激光芯片表面从上至下分别设有第一信号激光器、第一光探测器、第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第五激光器、第六激光器、第七激光器、第八激光器、第九激光器、第十激光器、第二光探测器和第二信号激光器；其中第一信号激光器、第一光探测器、第二光探测器和第二信号激光器用来作有源对齐使用。

图5中的标号11、21、20、10分别为第一信号激光器、第一光探测器、第二光探测器和第二信号激光器；标号0-9分别为10通道的激光器，分别为0号通道、1号通道、2号通道、3号通道、4号通道、5号通道、6号通道、7号通道、8号通道、9号通道激光器。

这样，激光芯片表面设置有14路激光器，每个激光器的正极通过表面连接到激光芯片表面，便于与外电流源相连；且每个激光器连接两个电信号，分别是增益加电信号和布拉格反射光栅加电信号。

激光芯片中间的10路激光器为10个通道，根据波分复用的标准，相邻通道间隔200GHz。

10路激光器中相邻激光器间距离是250um，激光器间距的影响因素一个是根据配套的硅光芯片接收端的要求；另一个因素是激光器出光光斑大小决定。250um的距离是传统单光源+衬底方案无法达到的量级。

在本申请实施例中，以1280nm波段为例，在单一激光芯片上设置多路激光器以使不同波长光束同时出光。

本申请实施例中，将第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第五激光器和第六激光器划分为第一组激光器，将第七激光器、第八激光器、第九激光器和第十激光器划分为第二组激光器；其中第一组激光器通过优化光栅波导材料，同时配合光波导载流子注入变化，向短波长(1275nm-1280nm)方向增加布拉格光栅尾接法布里珀罗谐振腔自身的波长调制范围；第二组激光器采用斜波导设计，向长波长(1280nm-1285nm)方向增加波长调制范围；这样最终使得激光芯片上的各激光器可实现10nm的波长调制范围。

第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第五激光器和第六激光器、第七激光器、第八激光器、第九激光器和第十激光器分别对应图5中的0号通道、1号通道、2号通道、3号通道、4号通道、5号通道、6号通道、7号通道、8号通道、9号通道激光器。

在一些实施例中，光栅区内部设有温度调节装置，如加热器件，通过改变光栅区的温度以实现对波长的调谐；光栅区内部设有电极，通过电极向光栅区输入不同大小的电流以实现对波长的调谐；光栅区的光波导延伸方向与出光方向之间具有倾斜角，通过改变倾斜角大小以实现对波长的调谐，这三种方式在不同实施例中可以有不同的组合方式以实现对波长的调节。

本申请实施例中采用多种波长调制技术，6个激光器通道通过优化光栅波导材料，同时配合光波导载流子注入变化，向相对目标波段的短波长方向实现调制；4个激光器通道通过采用斜波导结构，向相对目标波段的长波长方向实现调制。

本申请实施例中的激光器包括增益区和光栅区，增益区由于注入电流激励而产生光子且被放大，光栅区的布拉格反射光栅对被放大的光波进行选频，特定的波长在尾接的法布里珀罗谐振腔内被来回反射振荡，从而实现激光的输出。

具体地，第一组激光器中各激光器均包括增益区和光栅区，通过改变注入光栅区的电流大小以输出不同波长的第一光束；第二组激光器中各激光器均包括增益区和光栅区，且光栅区的光波导延伸方向相对于出光方向倾斜，通过改变倾斜角大小以输出不同波长的第二光束。

第一组激光器中的第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第五激光器和第六激光器的光栅为分布式布拉格反射光栅，整个激光芯片只做一次全息曝光形成光栅，因此光栅的周期固定；且本申请实施例中采用布拉格反射光栅尾接法布里珀罗谐振腔，避免激光峰在滤波通道带中受相位影响随机分布的现象，可实现波长的精确控制；通过改变注入光栅区的电流大小，可以实现光栅区波导折射率连续变化，从而实现光栅通带的连续变化，选择出目标波长对应的法布里珀罗模式。其中，当前行业中，由于分布式光栅的激光峰位置受端面相位的影响，无法实现波长的精确控制。而相位光栅、损耗以及增益光栅虽然可以解决相位控制问题，但是工艺复杂，效率不高，且对功率效率有影响。相比之下，布拉格光栅尾接法布里珀罗谐振腔就成了简单且实用的解决方案。

相对于机械调谐和热调谐进行波长调节，电调谐进行波长调节具有更大的波长调节范围，且具有更快的波长切换速度，更能够满足光纤通信对激光器的需求。电调谐即通过对光栅区注入载流子从而改变其材料的折射率来实现的。

在光栅区注入电流时，自由载流子等离子体效应引发折射率改变，此时光栅的投射谱会向短波长方向漂移。

因此本申请实施例中光栅区注入电流使得激光器内部折射率减小，进而使有效波长变短，向相对1280nm的短波长(1275nm-1280nm)方向移动，实现相对短波长方向5nm的波长调制范围。

本申请实施例光栅区包括光栅层和波导层，其中光栅层为光致发光峰值为1150nm的InGaAsP材料，厚度为450A。波导层为光致发光峰值为1170nm的InGaAsP材料，厚度为3100A。波导结构如图6所示，图6为波导结构截面图，可见波导宽度被控制在1.5um左右，以实现单模波导。

这样，第一组激光器通过优化光栅波导材料，同时配合光波导载流子注入变化，向短波长(1275nm-1280nm)方向增加布拉格光栅尾接法布里珀罗腔自身的波长调制范围；波长调制可以覆盖0到5号6支激光器的波长变化量需求。光栅区波导载流子注入导致波导折射率变化，最终实现波长变化。

第二组激光器中的各激光器同样均包括增益区和光栅区，本申请实施例中通过将光栅区的光波导延伸方向设置成相对于出光方向倾斜，从而增大光波导经历的光栅周期，从而使有效波长变大，向相对1280nm的长波长(1280nm-1285nm)方向，实现相对长波长方向5nm的波长调制范围。

具体地，第二组激光器中的第七激光器、第八激光器、第九激光器和第十激光器同样地，其光栅为布拉格反射光栅，整个激光芯片只做一次全息曝光形成光栅，因此光栅的周期固定；且本申请实施例中的布拉格光栅尾接法布里珀罗腔可实现波长的精确控制；布拉格反射光栅尾接法布里珀罗腔通过改变载流子流入，可以实现光栅区波导折射率连续变化，从而实现光栅通带的连续变化，选择出目标波长对应的法布里珀罗模式。

本申请实施例光栅区包括光栅层和波导层，其中光栅层为光致发光峰值为1150nm的InGaAsP材料，厚度为450A。波导层为光致发光峰值为1170nm的InGaAsP材料，厚度为3100A。

且，第六激光器、第七激光器、第九激光器和第十激光器中光波导延伸方向相对于出光方向倾斜，即光波导延伸方向与出光方向之间具有倾斜角，通过改变倾斜角大小以输出不同波长的第二光束。

激光器输出波长的大小正比于光栅周期，本申请实施例通过将光栅区的光波导设置为斜波导，增大光波导经历的光栅周期，从而使得激光器输出波长相对于1280nm变大，向相对1280nm的长波长(1280nm-1285nm)方向，实现相对长波长方向5nm的波长调制范围。

本申请实施例中第七激光器、第八激光器、第九激光器、第十激光器的光波导延伸方向与出光方向之间的倾斜角依次为2.57度、3.63度、4.44度和5.15度，实现等效的光栅周期变化为1947.09A,1949.05A,1951.01A,1953.03A,可以实现波长变化从1280到1285nm。

图8为倾斜角与波长变化关系示意图，图8中标号为1、2、3、4和5的变化线分别对应倾斜角依次为2.57度、3.63度、4.44度和5.15度，从图8中可以看出，第七激光器、第八激光器、第九激光器、第十激光器的光波导延伸方向与出光方向之间的倾斜角依次为2.57度、3.63度、4.44度和5.15度，可以实现波长变化从1280到1285nm。

第七激光器、第八激光器、第九激光器、第十激光器光栅处波导与出光方向有斜角，可以增长波导经历的光栅周期，其设计原理如附图7。但由于倾斜光栅(或为倾斜波导)导致波导侧面粗糙程度增加，损耗变大，并且损耗随着角度增加变大。同时由于有源区波导方向与光栅区波导方向不一致，尾接区域的损耗也会随着角度增加而变大。综上，波导倾斜虽然可以增加等效的光栅周期，但是会造成波导损耗变大，器件工作的起振电流变大，功率降低。由于此应用对于功率有底限的要求，所以倾斜角度并不可以一直变大。经过反复的实验，6，7，8，9号通道的倾斜角度设计为2.57，3.63，4.44，5.15度，实现等效的光栅周期变化为1947.09A,1949.05A,1951.01A,1953.03A,可以实现波长变化从1280到1285nm。

第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第五激光器、第六激光器、第七激光器、第八激光器、第九激光器、第十激光器这10路激光器的光波导角度、注入电流参数与输出波长之间的关系如表1所示。

表1激光器的光波导角度、注入电流参数与输出波长之间的关系

通道	光波导角度(°)	注入电流(mA)	输出波长(nm)
				0	0	40	1274.96
1	0	25	1276.18
				2	0	9.5	1277.10
3	0	5.4	1278.30
				4	0	2	1279.40
5	0	0.3	1280.58
				6	2.57	0.3	1281.52
7	3.63	0.3	1282.62
				8	4.44	0.2	1283.76
9	5.15	0.5	1284.92

如表1所示，第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第五激光器和第六激光器的光栅区光波导延伸方向与出光方向之间的夹角均为0波，光栅区光波导设置方向与出光方向在同一水平线上，且第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第五激光器和第六激光器的增益区的光波导延伸方向与出光方向之间的夹角均为0光，增益区光波导设置方向与出光方向在同一水平线上；即第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第五激光器和第六激光器并没有设置为倾斜光波导，而是通过改变注入光栅区的调谐电流大小来调制不同波长的光束，第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第五激光器和第六激光器的注入光波导的电流大小分别为40mA、25mA、9.5mA、5.4mA、2mA、0.3mA,相应地输出波长分别为1274.96nm、1276.18nm、1277.10nm、1278.30nm、1279.40nm、1280.58nm；实现了向短波长(1275nm-1280nm)方向增加布拉格光栅尾接法布里珀罗腔自身的波长调制范围。

第七激光器、第八激光器、第九激光器、第十激光器光栅区的光波导延伸方向与出光方向之间的夹角依次为2.57度、3.63度、4.44度和5.15度，即第七激光器、第八激光器、第九激光器、第十激光器均设置为斜波导，相应地输出波长分别为1281.52nm、1282.62nm、1283.76nm、1284.92nm；向长波长(1280nm-1285nm)方向增加波长调制范围。

这样最终使得激光芯片上的各激光器可实现10nm的波长调制范围。

10通道激光器的波长具体调制示意图如图9所示，图9中标号1、2、3、4、5、6、7、8、9、10分别为第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第五激光器和第六激光器、第七激光器、第八激光器、第九激光器和第十激光器对应的波长变化，即0号通道、1号通道、2号通道、3号通道、4号通道、5号通道、6号通道、7号通道、8号通道、9号通道激光器。

从上述可见，本申请在1*4mm的激光芯片上设置14路激光器，相邻两路激光器的距离间隔250um；将第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第五激光器和第六激光器划分为第一组激光器，将第六激光器、第七激光器、第九激光器和第十激光器划分为第二组激光器；其中第一组激光器通过优化光栅波导材料，同时配合光波导载流子注入变化，向短波长(1275nm-1280nm)方向增加布拉格光栅尾接法布里珀罗腔自身的波长调制范围；第二组激光器采用斜波导设计，向长波长(1280nm-1285nm)方向增加波长调制范围；这样最终使得激光芯片上的各激光器可实现10nm的波长调制范围。

本申请实施例提供的激光芯片及光模块中，激光芯片表面设置有至少两个激光器，其中一个所述激光器包括增益区和光栅区，通过改变注入光栅区的电流大小以输出不同波长的第一光束，进而向相对短波长方向增加光栅自身的波长调制范围；另一个所述激光器包括增益区和光栅区，且光栅区的光波导延伸方向相对于出光方向倾斜，通过改变倾斜角大小以输出不同波长的第二光束，通过采用斜波导设计，实现向相对长波长方向增加波长调制范围。本申请可以实现在激光芯片层次集成激光器，实现单颗芯片多路激光器同时工作，提高芯片的集成密度，且可以通过载流子注入变化和斜波导共同实现波长的精确调制。

本申请实施例中的激光芯片可以作为硅光结构光模块的光源，激光芯片光栅区尾接的法布里泊罗谐振腔中发出的信号光，进入硅光芯片的光入口处。

本申请实现了在芯片层次上集成多路激光器，实现在同一激光芯片上多路激光器同时输出不同波长的光束，提高了光源的集成度且实现波长的精确调制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，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公开各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种激光芯片，其特征在于，包括：

表面设置激光器阵列，所述激光器阵列至少包括两个激光器，其中：

一个所述激光器包括增益区和光栅区，所述光栅区具有电极，所述电极与外电流源电连接，用于接收不同电流以输出不同波长光束；

另一个所述激光器包括增益区和光栅区，所述光栅区的光波导延伸方向与出光方向间具有倾斜角。

2.根据权利要求1所述的激光芯片，其特征在于，两个激光器的所述光栅区均尾接法布里泊罗谐振腔。

3.根据权利要求1所述的激光芯片，其特征在于，所述激光器阵列至少包括两个激光器，其中：

一个所述激光器包括增益区和光栅区，所述光栅区具有温度调节器件，用于调节所述光栅区温度；

另一个所述激光器包括增益区和光栅区，所述光栅区的光波导延伸方向与出光方向间具有倾斜角。

4.根据权利要求1所述的激光芯片，其特征在于，所述激光器阵列依次包括第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第五激光器、第六激光器、第七激光器、第八激光器、第九激光器、第十激光器；且相邻激光器距离间隔为250um。

5.根据权利要求4所述的激光芯片，其特征在于，所述第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第五激光器、第六激光器的增益区的光波导延伸方向与出光方向在同一水平线上，光栅区的光波导延伸方向与出光方向在同一水平线上；

所述第七激光器、第八激光器、第九激光器、第十激光器的增益区的光波导延伸方向与出光方向在同一水平线上，光栅区的光波导延伸方向相对于出光方向倾斜。

6.根据权利要求4所述的激光芯片，其特征在于，所述第一激光器、第二激光器、第三激光器、第四激光器、第五激光器、第六激光器、第七激光器、第八激光器、第九激光器、第十激光器的光栅区均包括光栅层和波导层，所述光栅层材料为光致发光峰值为1150nm的InGaAsP材料，所述波导层材料为光致发光峰值为1170nm的InGaAsP材料。

7.根据权利要求4所述的激光芯片，其特征在于，所述第七激光器、第八激光器、第九激光器、第十激光器的光波导延伸方向与出光方向之间的倾斜角依次为2.57度、3.63度、4.44度和5.15度。

8.根据权利要求1所述的激光芯片，其特征在于，所述激光芯片表面设置有用于有源对齐的激光器。

9.一种光模块，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的激光芯片。

10.根据权利要求9所述的光模块，其特征在于，还包括：

电路板；

硅光芯片，与所述电路板连接，接收所述激光芯片发出的信号光。

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