[发明专利]一种侧向耦合平面波导光栅外腔激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种外腔激光器，特别是涉及一种采用无源平面波导侧向耦合光栅的外腔窄线宽激光器。

背景技术

掺铒光纤超荧光光源(ED-SFS)具有波长稳定性好、输出功率高、宽光谱、无偏振辐射、寿命长等优异性能，已经成为高精度光纤陀螺的理想光源，是实现惯导级和精密级光纤陀螺应用的重要保障。另外，掺铒光纤放大器(EDFA)具有高增益，高输出光功率，宽光谱频宽，不受光信号性能与调变速率影响等特点，比起传统再生器，掺铒光纤放大器仅需要更换终端设备，具有系统升级容易，价格低廉等优点，因此广泛应用在光纤通信领域。作为ED-SFS及EDFA的理想泵浦源，980nm半导体激光器具有诸多优势，如阈值电流密度低、微分量子效率高、对温度敏感性小、对铒纤有较高的泵浦效率以及噪声系数低等，因此受到广泛关注。

目前主要有两种方法来构造窄线宽半导体激光器：一种是单片半导体装置，如DFB和DBR激光器，工艺复杂，输出波长不能精确控制，温度稳定性较差；另一种是外腔激光器，主要采用光纤光栅外腔技术来提高器件中心波长的稳定性，但无法实现精确地控温，中心波长随温度的漂移系数较大，而且制造难度较大，不适合单个芯片与其他功能元件集成。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的问题是提出一种侧向耦合平面波导光栅外腔激光器，以解决现有的半导体激光器工艺复杂、温度稳定性差的缺点。

(二)技术方案

本发明提出一种外腔激光器，其包括一个平面光波导芯片，该芯片包括一个管芯和一个波导，所述波导具有一个芯层，该芯层呈脊形，在所述波导的芯层两侧具有一个侧向耦合光栅。

根据本发明的一种实施方式，所述管芯包括有源区、前腔面和后腔面，所述后腔面用于反射所述有源区激发的光波，所述前腔面用于传输该光波到所述波导中，所述波导的芯层耦合到该管芯的前腔面。

根据本发明的一种实施方式，所述管芯还包括模斑尺寸变换结构，该模斑尺寸变换结构的宽度从有源区向前腔面逐渐变窄，形成梯形结构。

根据本发明的一种实施方式，所述侧向耦合光栅是布拉格光栅。

根据本发明的一种实施方式，所述侧向耦合光栅的光栅槽刻蚀深度与所述波导的芯层的刻蚀深度相同。

根据本发明的一种实施方式，所述波导的传播方向相对于垂直于所述管芯的前腔面的方向的夹角为5°～10°。

根据本发明的一种实施方式，所述侧向耦合光栅位于波导上距离所述管芯的前腔面1mm～10mm处。

根据本发明的一种实施方式，所述侧向耦合光栅2.3的中心脊型波导宽度为2～8μm，侧向刻蚀宽度为0.5～2μm，光栅反射率为10～60％。

根据本发明的一种实施方式，所述外腔激光器还包括热沉、散热器和热敏电阻，所述平面光波导芯片焊接在热沉上，该热沉焊接在散热器上，该散热器与热敏电阻电性连接组成控温系统。

根据本发明的一种实施方式，所述外腔激光器还包括光纤，该光纤芯层与所述波导的芯层对准耦合，所述平面光波导芯片末端具有各向异性刻蚀的沟槽，用于容纳光纤。

(三)有益效果

本发明的侧向耦合平面波导光栅外腔激光器，采用无源多级侧向耦合平面波导光栅作为激光器外腔，可以简化工艺难度，降低成本。并且，本发明的激光器管芯集成在二氧化硅(SiO₂)平面光波导上，并一起连接到热沉及制冷器上，可以精确控制温度，提高器件温度稳定性。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的外腔激光器的结构示意图；

图2A是本发明的一个实施例的平面光波导芯片的内部结构俯视图；

图2B是本发明的一个实例的平面光波导芯片的横截面示意图；

图3A是本发明的一个实施例的脊型波导侧视图；

图3B是本发明的一个实施例的侧向耦合平面波导光栅示意性透视图；

图3C是本发明的一个实施例的侧向耦合平面波导光栅俯视图；

图4是本发明的一个实施例的平面光波导芯片末端各向异性刻蚀倒梯形槽的侧视图。

具体实施方式