[发明专利]基于耦合器的硅基异质集成可调谐激光器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器，尤其涉及一种基于耦合器的硅基异质集成可调谐激光器。

背景技术

可调谐激光器由于它很强的相干性，这几年在光电子器件领域都得到了相当高的关注，在波分复用、光交互联、光路由、光调制、波长转换等方面有广泛应用。而相对于其他的例如基于分布式布拉格反射(DBR)的可调谐激光器需要制作光栅或者反射镜等反馈结构提供反射机制，环形谐振腔结构紧凑，具有尖锐的滤波峰，因此一经提出，就作为理想的选模结构应用到很多半导体激光器结构中。

传统的单个环形谐振腔耦合半导体激光器利用环形谐振腔尖锐的滤波特性来提高激光器的边模抑制比，线宽和啁啾特性。单环耦合的半导体激光器为了维持单模工作，通常需要把环形谐振腔的弯曲半径做的比较小来扩大环形谐振腔的自由光谱范围(FSR)，如SeoijinPark等人在他们的文章“Single-ModeLasingOperationUsingaMicroringResonatorasaWavelengthSelector”，IEEEJ.QuantumElectron,Vol.38,pp270～273,2002中制作了直径为5～20μm的环形谐振器，其最大自由光谱范围为42nm，以足够大的自由光谱范围来保证激光器的单模工作。但小的弯曲半径也会引入较大的波导弯曲损耗，与此同时，小直径环形谐振腔的耦合器的设计与制作也有很大的困难，通常需要使用电子束光刻技术来制作相应耦合比的方向耦合器。

最近，基于半波耦合器的单环谐振腔耦合的半导体激光器受到很多的关注，如LinWu等人在他们的文章“DoubleHalf-Wave-CoupledRectangularRing-FPLaserwith35×100GHzWavelengthTuning”PhotonicsTechnologyLetters28626-2014.R中利用两个串联的有源环形谐振腔和主增益有源谐振腔通过两个半波耦合器进行耦合来实现激光器的选模，并在1549.4nm～1576.7nm的范围内实现了无跳模调谐，并且最大的边模抑制比达到了41db。双环谐振腔耦合的方式使对环形谐振腔半径的限制大大放宽，双环的游标效应还能增加激光器的边模抑制比，并能进一步利用游标效应扩大激光器的调谐范围。但是，双环谐振腔耦合半导体激光器的反射镜侧面要求较高，制作工艺复杂，同时对于多模干涉耦合器结构来实现半波耦合器对于间隔和长度的影响非常敏感，这对于激光器的工艺制作要求和难度非常大，大大降低了成品率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于耦合器的硅基异质集成可调谐激光器。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案有以下三种：

一、第一种基于耦合器的硅基异质集成可调谐激光器

本发明包括内部带有增益区的有源谐振腔，无源选模腔；无源选模腔内的模斑转换器的一端与内部带有增益区的有源谐振腔连接；无源选模腔，包括传输波导，π相位耦合器和无源环形谐振腔；π相耦合器有四个端口，第一端口经第二调谐区与第一反射镜连接，第二端口经传输波导与模斑转换器的另一端连接；第三端口第四端口分别与无源环形谐振腔连接，无源环形谐振腔内有第一调谐区；第一调谐区的光程占无源环形谐振腔的总光程的比例和第二调谐区的光程占内部带有增益区的有源谐振腔和无源选模腔内的传输波导的总光程的比例相等。

二、第二种基于耦合器的硅基异质集成可调谐激光器

本发明包括内部带有增益区的有源谐振腔，无源选模腔；无源选模腔内的模斑转换器的一端与内部带有增益区的有源谐振腔连接；无源选模腔，包括传输波导，π相位耦合器，π/2相位耦合器和两个无源环形谐振腔；π/2相位耦合器有四个端口，第一端口经第二调谐区与第一反射镜连接，第二端口经传输波导与模斑转换器的另一端连接；第三端口第四端口分别与第一无源环形谐振腔连接，第一无源环形谐振腔内有第一调谐区；π相位耦合器有四个端口，第一端口和第二端口分别与第一无源环形谐振腔连接，第三端口第四端口分别与第二无源环形谐振腔连接，第二无源环形谐振腔内有第一调谐区；两个第一调谐区的光程占各自无源环形谐振腔的总光程的比例和第二调谐区的光程占内部带有增益区的有源谐振腔和无源选模腔内的传输波导的总光程的比例相等。

三、第三种基于耦合器的硅基异质集成可调谐激光器