[發明專利]基于耦合器的硅基異質集成可調諧激光器

在審

• 申請號: 201510810766.0
• 申請日: 2015-11-20
• 公開（公告）號: CN105305227A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 廖曉露;何建軍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01S5/06
• 分類號: H01S5/06;H01S5/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及半導體激光器，尤其涉及一種基于耦合器的硅基異質集成可調諧激光器。

背景技術

可調諧激光器由于它很強的相干性，這幾年在光電子器件領域都得到了相當高的關注，在波分復用、光交互聯、光路由、光調制、波長轉換等方面有廣泛應用。而相對于其他的例如基于分布式布拉格反射(DBR)的可調諧激光器需要制作光柵或者反射鏡等反饋結構提供反射機制，環形諧振腔結構緊湊，具有尖銳的濾波峰，因此一經提出，就作為理想的選模結構應用到很多半導體激光器結構中。

傳統的單個環形諧振腔耦合半導體激光器利用環形諧振腔尖銳的濾波特性來提高激光器的邊模抑制比，線寬和啁啾特性。單環耦合的半導體激光器為了維持單模工作，通常需要把環形諧振腔的彎曲半徑做的比較小來擴大環形諧振腔的自由光譜范圍(FSR)，如SeoijinPark等人在他們的文章“Single-ModeLasingOperationUsingaMicroringResonatorasaWavelengthSelector”，IEEEJ.QuantumElectron,Vol.38,pp270～273,2002中制作了直徑為5～20μm的環形諧振器，其最大自由光譜范圍為42nm，以足夠大的自由光譜范圍來保證激光器的單模工作。但小的彎曲半徑也會引入較大的波導彎曲損耗，與此同時，小直徑環形諧振腔的耦合器的設計與制作也有很大的困難，通常需要使用電子束光刻技術來制作相應耦合比的方向耦合器。

最近，基于半波耦合器的單環諧振腔耦合的半導體激光器受到很多的關注，如LinWu等人在他們的文章“DoubleHalf-Wave-CoupledRectangularRing-FPLaserwith35×100GHzWavelengthTuning”PhotonicsTechnologyLetters28626-2014.R中利用兩個串聯的有源環形諧振腔和主增益有源諧振腔通過兩個半波耦合器進行耦合來實現激光器的選模，并在1549.4nm～1576.7nm的范圍內實現了無跳模調諧，并且最大的邊模抑制比達到了41db。雙環諧振腔耦合的方式使對環形諧振腔半徑的限制大大放寬，雙環的游標效應還能增加激光器的邊模抑制比，并能進一步利用游標效應擴大激光器的調諧范圍。但是，雙環諧振腔耦合半導體激光器的反射鏡側面要求較高，制作工藝復雜，同時對于多模干涉耦合器結構來實現半波耦合器對于間隔和長度的影響非常敏感，這對于激光器的工藝制作要求和難度非常大，大大降低了成品率。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于耦合器的硅基異質集成可調諧激光器。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案有以下三種：

一、第一種基于耦合器的硅基異質集成可調諧激光器

本發明包括內部帶有增益區的有源諧振腔，無源選模腔；無源選模腔內的模斑轉換器的一端與內部帶有增益區的有源諧振腔連接；無源選模腔，包括傳輸波導，π相位耦合器和無源環形諧振腔；π相耦合器有四個端口，第一端口經第二調諧區與第一反射鏡連接，第二端口經傳輸波導與模斑轉換器的另一端連接；第三端口第四端口分別與無源環形諧振腔連接，無源環形諧振腔內有第一調諧區；第一調諧區的光程占無源環形諧振腔的總光程的比例和第二調諧區的光程占內部帶有增益區的有源諧振腔和無源選模腔內的傳輸波導的總光程的比例相等。

二、第二種基于耦合器的硅基異質集成可調諧激光器

本發明包括內部帶有增益區的有源諧振腔，無源選模腔；無源選模腔內的模斑轉換器的一端與內部帶有增益區的有源諧振腔連接；無源選模腔，包括傳輸波導，π相位耦合器，π/2相位耦合器和兩個無源環形諧振腔；π/2相位耦合器有四個端口，第一端口經第二調諧區與第一反射鏡連接，第二端口經傳輸波導與模斑轉換器的另一端連接；第三端口第四端口分別與第一無源環形諧振腔連接，第一無源環形諧振腔內有第一調諧區；π相位耦合器有四個端口，第一端口和第二端口分別與第一無源環形諧振腔連接，第三端口第四端口分別與第二無源環形諧振腔連接，第二無源環形諧振腔內有第一調諧區；兩個第一調諧區的光程占各自無源環形諧振腔的總光程的比例和第二調諧區的光程占內部帶有增益區的有源諧振腔和無源選模腔內的傳輸波導的總光程的比例相等。

三、第三種基于耦合器的硅基異質集成可調諧激光器