[發明專利]一種無溫漂的片上集成激光器及其制備方法

在審

• 申請號: 201711425048.7
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108123365A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 張宇光;胡曉;肖希;馮朋;陳代高;王磊;李淼峰;余少華
• 申請（專利權）人: 武漢郵電科學研究院
• 主分類號: H01S5/10
• 分類號: H01S5/10;H01S5/20
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 張雯俐

本發明公開了一種無溫漂的片上集成激光器及其制備方法，涉及光電子器件技術領域。該激光器包括：增益介質、模斑轉換器、對準標記、無溫漂的混合集成光波導和無溫漂的光學諧振腔；該增益介質通過模斑轉換器與無溫漂的混合集成光波導相連。其中，無溫漂的混合集成光波導包括形成于低折射率襯底上的高折射率材料層和負熱光系數材料層，該負熱光系數材料層能夠對高折射率材料層的正熱光系數進行補償；無溫漂的光學諧振腔是基于無溫漂的混合集成光波導組成的諧振腔結構，用于實現激光器的輸出波長在不同溫度下的穩定。本發明能解決硅基片上集成激光器的出射波長隨溫度變化的問題，且無需增設額外調控器件，使得激光器的功耗低、集成度高、制備成本低。

技術領域

本發明涉及光電子器件技術領域，具體來講是一種無溫漂的片上集成激光器及其制備方法。

背景技術

信息技術的快速發展對通信系統的傳輸速率和集成度提出了越來越高的要求，基于硅基器件具有低損耗、高折射率差、結構尺寸小的特性，硅基片上集成成為目前的主要發展方向。但是由于硅是間接帶隙材料，難以實現激光發射，所以需要將硅與Ⅲ-Ⅴ族等有源材料混合集成實現片上集成激光器。

硅基材料，包括硅、氮化硅等正熱光系數材料，其折射率系數會隨著溫度的升高而增大，因此硅基諧振腔的諧振波長會隨著溫度的變化而漂移。當使用硅基諧振腔的片上集成激光器作為波分復用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)，特別是密集波分復用(DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing)系統上的光源時會存在以下問題：

1、由于硅基諧振腔的諧振波長會隨著溫度的變化而漂移，因此需要對激光器進行溫度控制，從而增加了激光器的功耗；

2、由于需要額外增加溫度控制器件，因此會導致器件集成度的降低，同時也會增加器件的制備成本。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種無溫漂的片上集成激光器及其制備方法，能解決硅基片上集成激光器的出射波長隨溫度變化的問題，且無需增設額外調控器件，使得片上集成激光器的功耗低、集成度高、制備成本低。

為了解決上述技術問題，本發明采取的技術方案是：提供一種無溫漂的片上集成激光器，包括增益介質、模斑轉換器、無溫漂的混合集成光波導和無溫漂的光學諧振腔，所述增益介質通過模斑轉換器與無溫漂的混合集成光波導相連；其中，所述無溫漂的混合集成光波導包括形成于低折射率襯底上的高折射率材料層和負熱光系數材料層，所述負熱光系數材料層能夠對高折射率材料層的正熱光系數進行補償；所述無溫漂的光學諧振腔是基于所述無溫漂的混合集成光波導組成的諧振腔結構，用于實現片上集成激光器的輸出波長在不同溫度下的穩定。

在上述技術方案的基礎上，該激光器還包括一對對準標記，所述一對對準標記分別設置于模斑轉換器的附近和增益介質上。

在上述技術方案的基礎上，所述無溫漂的混合集成光波導還包括低折射率覆蓋層。

在上述技術方案的基礎上，所述無溫漂的混合集成光波導的結構包括多層波導結構、狹縫波導結構或亞波長光柵波導結構。

在上述技術方案的基礎上，所述無溫漂的光學諧振腔用于實現對增益介質輸出光波的選頻。

在上述技術方案的基礎上，所述無溫漂的光學諧振腔的結構包括微環諧振腔結構、微盤諧振腔結構或光柵結構。

在上述技術方案的基礎上，所述高折射率材料層選用折射率系數大于1.8的低損耗材料制成。

在上述技術方案的基礎上，所述負熱光系數材料層選用折射率系數隨溫度的增加而逐漸降低的材料制成。

在上述技術方案的基礎上，所述增益介質采用能夠通過電泵浦或者光泵浦實現受激輻射的有源材料制成。