專利名稱：空氣槽分束法布里-珀羅諧振腔耦合激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器，特別涉及一種可單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣槽分束法布 里-珀羅諧振腔耦合激光器。
背景技術(shù)：
1962年出現(xiàn)的半導(dǎo)體激光器，以其轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕、可靠性高、可單 片集成等特點(diǎn)，成為信息技術(shù)中的關(guān)鍵器件，被廣泛應(yīng)用于干涉測(cè)量、光譜學(xué)、光通信、光傳 感、激光加工等多個(gè)領(lǐng)域。特別是在光通信領(lǐng)域，隨著波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體激光 器性能和制造方面的要求越來越高。在光網(wǎng)絡(luò)中需要大量使用半導(dǎo)體激光器，提高半導(dǎo)體 激光器的性價(jià)比是降低光網(wǎng)絡(luò)成本的關(guān)鍵因素，也是當(dāng)前光通信器件的研究重點(diǎn)。半導(dǎo)體激光器根據(jù)諧振腔的結(jié)構(gòu)不同，可以分為分布反饋式激光器、分布反射式 激光器、環(huán)形諧振腔激光器，法布里_珀羅腔激光器等多種類型。環(huán)形諧振腔激光器是一種體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體激光器，其制造工藝簡(jiǎn)單。相 較分布反饋式激光器和分布反射式激光器需要電子束光刻和再生長(zhǎng)，環(huán)形諧振腔激光器不 需要附加這些高精度工藝，從而簡(jiǎn)化了制造過程、降低了制造成本。同時(shí)，環(huán)形諧振腔激光 器具有比分布反射式激光器具有更好的窄帶濾波特性。但由于環(huán)形結(jié)構(gòu)本身的限制，在設(shè)計(jì)過程中，環(huán)的直徑要滿足制造的要求，不可以 無限制縮小，且需要足夠的折射率差保證波導(dǎo)中單模，導(dǎo)致了這種諧振腔激光器的自由光 譜范圍受到限制，不能滿足一些特定的應(yīng)用需求。比如在增益介質(zhì)的增益譜范圍較大的情 況下，由于環(huán)形諧振腔激光器的自由光譜范圍較小，會(huì)出現(xiàn)同時(shí)有多個(gè)模式被激發(fā)的情況， 輸出波長(zhǎng)不再具有單色性。為了克服以上缺點(diǎn)，可通過級(jí)聯(lián)兩個(gè)環(huán)形諧振腔增大半導(dǎo)體激光器的自由光 譜范圍。一個(gè)背景技術(shù)如日本電信電話株式會(huì)社(NTT)的光電子實(shí)驗(yàn)室在2007年 發(fā)表在 Photonics Technology Letters 上的文章"Full C-Band Tuning Operation ofSemiconductor Double-Ring Resonator-Coupled Laser With Low Tuning Current，，中 所描述的，如圖1所示，包括有源波導(dǎo)1，相位匹配電極11，第一環(huán)形諧振腔7和第二環(huán)形諧 振腔8;即該半導(dǎo)體激光器包含一個(gè)增益區(qū)間、一個(gè)相位控制區(qū)間和兩個(gè)自由光譜范圍不 同的環(huán)形諧振腔。每個(gè)環(huán)形諧振腔均通過一個(gè)3dB多模干涉耦合器與直波導(dǎo)耦合。增益區(qū) 間產(chǎn)生的光只有同時(shí)在兩個(gè)環(huán)形諧振腔都獲得足夠的反射，即兩個(gè)環(huán)形諧振腔反射峰重合 處，才可以在形成激光。由于游標(biāo)效應(yīng)，如圖2所示，通過級(jí)聯(lián)兩個(gè)反射譜線不同的環(huán)形諧 振腔，得到的雙環(huán)形諧振腔的反射峰間距大于其中任何一個(gè)環(huán)形諧振腔的反射峰間距，即 雙環(huán)形諧振腔的自由光譜范圍大于單個(gè)環(huán)形諧振腔的。這種方法擴(kuò)大了自由光譜范圍，但 增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，提高了制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種空氣槽分束法布里_珀羅諧振腔耦合激光器，使用兩
4根波導(dǎo)構(gòu)成法布里_珀羅諧振腔，具有大自由光譜范圍，可實(shí)現(xiàn)激光器的單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是技術(shù)方案1 本發(fā)明它包括一個(gè)提供增益的有源波導(dǎo)，一個(gè)產(chǎn)生梳狀反射譜的法布里_珀羅諧 振腔和一個(gè)反射鏡。所述法布里-珀羅諧振腔是由一個(gè)與有源波導(dǎo)傾斜為30° 70°的、 里面填充空氣或低折射率介質(zhì)的、用于將有源波導(dǎo)內(nèi)產(chǎn)生的光部分透射進(jìn)法布里_珀羅諧 振腔的、未被透射的光部分反射損失掉的空氣槽，第一波導(dǎo)，第二波導(dǎo)，第一高反鏡和第二 高反鏡組成；第一波導(dǎo)與有源波導(dǎo)同軸放置，分別位于空氣槽的兩側(cè)；第二波導(dǎo)和第一波 導(dǎo)與空氣槽之間夾角相等，位于空氣槽同側(cè)；第二波導(dǎo)與空氣槽的連接端口和第一波導(dǎo)與 空氣槽的連接端口部分重合；第一高反鏡和第二高反鏡分別設(shè)置于第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)的 非空氣槽連接端口處。所述第一波導(dǎo)，第二波導(dǎo)全部或部分覆蓋有可改變其光學(xué)長(zhǎng)度從而改變反射峰位 置輸出波長(zhǎng)的一體的調(diào)諧電極；有源波導(dǎo)部分區(qū)域覆蓋有相位匹配電極。所述第二波導(dǎo)全部或部分覆蓋有可改變其光學(xué)長(zhǎng)度從而改變反射峰位置輸出波 長(zhǎng)的第二波導(dǎo)調(diào)諧電極；第一波導(dǎo)與第二波導(dǎo)的光學(xué)長(zhǎng)度之和與有源波導(dǎo)與第一波導(dǎo)的光 學(xué)長(zhǎng)度之和不相等。技術(shù)方案2:本發(fā)明它包括一個(gè)提供增益的有源波導(dǎo)，一個(gè)產(chǎn)生梳狀反射譜的法布里_珀羅諧 振腔，另一個(gè)產(chǎn)生梳狀反射譜的法布里_珀羅諧振腔和輸出波導(dǎo)。所述法布里_珀羅諧振 腔是由一個(gè)與有源波導(dǎo)傾斜為30° 70°的、里面填充空氣或低折射率介質(zhì)的、用于將有 源波導(dǎo)內(nèi)產(chǎn)生的光部分透射進(jìn)法布里_珀羅諧振腔的、未被透射的光部分反射損失掉的空 氣槽，第一波導(dǎo)，第二波導(dǎo)，第一高反鏡和第二高反鏡組成；第一波導(dǎo)與有源波導(dǎo)同軸放置， 分別位于空氣槽的兩側(cè)；第二波導(dǎo)和第一波導(dǎo)與空氣槽之間夾角相等，位于空氣槽同側(cè)； 第二波導(dǎo)與空氣槽的連接端口和第一波導(dǎo)與空氣槽的連接端口部分重合；第一高反鏡和第 二高反鏡分別位于第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)的非空氣槽連接端口處；所述輸出波導(dǎo)和有源波導(dǎo) 與空氣槽之間夾角相等，位于空氣槽同側(cè)；輸出波導(dǎo)與空氣槽連接端口和有源波導(dǎo)與空氣 槽連接端口部分重合；所述另一個(gè)法布里_珀羅諧振腔位于有源波導(dǎo)與法布里_珀羅諧振 腔連接端口的另一端；所述另一個(gè)法布里-珀羅諧振腔是由一個(gè)與有源波導(dǎo)傾斜為30° 70°的、里面填充空氣或低折射率介質(zhì)的、用于將有源波導(dǎo)內(nèi)產(chǎn)生的光部分透射進(jìn)另一個(gè) 法布里_珀羅諧振腔的、未被透射的光部分反射損失掉的另一個(gè)空氣槽，第三波導(dǎo)，第四波 導(dǎo)，第三高反鏡和第四高反鏡組成；第三波導(dǎo)與有源波導(dǎo)同軸放置，分別位于另一個(gè)空氣槽 的兩側(cè)；第四波導(dǎo)和第三波導(dǎo)與另一個(gè)空氣槽之間夾角相等，位于另一個(gè)空氣槽同側(cè)；第 三波導(dǎo)與另一個(gè)空氣槽連接端口和第四波導(dǎo)與另一個(gè)空氣槽連接端口部分重合；第三高反 鏡和第四高反鏡分別位于第三波導(dǎo)和第三波導(dǎo)的非空氣槽連接端口處；所述第一波導(dǎo)、第 二波導(dǎo)光學(xué)長(zhǎng)度之和與第三波導(dǎo)、第四波導(dǎo)光學(xué)長(zhǎng)度之和不相等。以上兩種技術(shù)方案中，所述第一高反鏡、第二高反鏡、第三高反鏡和第四高反鏡鏡 面上均鍍有高反射膜。本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明通過空氣槽對(duì)光的反射和透射進(jìn)行分束，取代了 3dB多模干涉耦合器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且制造方便的優(yōu)點(diǎn)。通過附加兩根波導(dǎo)構(gòu)成法布里_珀羅諧振腔進(jìn)行選模，取 代了環(huán)型諧振腔，具有自由光譜范圍大且制造難度低的優(yōu)點(diǎn)。通過調(diào)節(jié)波導(dǎo)的光學(xué)長(zhǎng)度，可 對(duì)激光器輸出波長(zhǎng)大范圍調(diào)諧。這種激光器可單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)。


圖1是一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的雙環(huán)形諧振腔激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是自由光譜區(qū)間的游標(biāo)效應(yīng)示意圖。圖3是本發(fā)明第一種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是利用多次干涉理論推導(dǎo)得到的法布里_珀羅諧振腔的反射譜示意圖。圖5是本發(fā)明第二種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明第三種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明第四種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、有源波導(dǎo)，2、法布里_珀羅諧振腔，3、法布里_珀羅諧振腔，4、輸出波導(dǎo)， 5、反射鏡，7、第一環(huán)形諧振腔，8、第二環(huán)形諧振腔，11、相位匹配電極，21、空氣槽，23、第一 波導(dǎo)，24、第二波導(dǎo)，25、第一高反鏡，26、第二高反鏡，27、調(diào)諧電極，28、第二波導(dǎo)調(diào)諧電極， 32、空氣槽，33、第三波導(dǎo)，34、第四波導(dǎo)，35、第三高反鏡，36、第四高反鏡。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖3所示，是本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器的第一種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。這種空氣 槽分束法布里_珀羅諧振腔耦合激光器包括一個(gè)提供增益的有源波導(dǎo)1，一個(gè)產(chǎn)生梳狀反 射譜的法布里_珀羅諧振腔2和一個(gè)反射鏡5。所述法布里_珀羅諧振腔2是由一個(gè)與有 源波導(dǎo)1傾斜為30° 70°的、里面填充空氣或低折射率介質(zhì)的、用于將有源波導(dǎo)1內(nèi)產(chǎn) 生的光部分透射進(jìn)法布里_珀羅諧振腔2的、未被透射的光部分反射損失掉的空氣槽21， 第一波導(dǎo)23，第二波導(dǎo)24，第一高反鏡25和第二高反鏡26組成；第一波導(dǎo)23與有源波導(dǎo) 1同軸放置，分別位于空氣槽21的兩側(cè)；第二波導(dǎo)24和第一波導(dǎo)23與空氣槽21之間夾角 相等，位于空氣槽21同側(cè)；第二波導(dǎo)24與空氣槽21的連接端口和第一波導(dǎo)23與空氣槽21 的連接端口部分重合；第一高反鏡25和第二高反鏡26分別設(shè)置于第一波導(dǎo)23和第二波導(dǎo) 24的非空氣槽連接端口處。有源波導(dǎo)1中產(chǎn)生的光在空氣槽21與反射鏡5之間來回反射。在此的過程中，部 分光通過空氣槽21透射進(jìn)入第一波導(dǎo)21，然后在空氣槽21、第一高反鏡25和第二高反鏡 26間多次反射。每次光在第二波導(dǎo)24與空氣槽21界面發(fā)生反射的時(shí)，沒有光通過空氣槽 21透射進(jìn)入有源波導(dǎo)1。每次光在第一波導(dǎo)23與空氣槽21界面發(fā)生反射的時(shí)，均有部分 光通過空氣槽21透射進(jìn)入有源波導(dǎo)1，形成反饋。為了分析光在法布里_珀羅諧振腔2多次反射后，透射進(jìn)入有源波導(dǎo)1的反饋光 譜，設(shè)最初從有源波導(dǎo)1射向空氣槽21方向的入射光振幅為A(i)，經(jīng)過空氣槽21從有源波 導(dǎo)1到第一波導(dǎo)23方向的透射率為t，經(jīng)過空氣槽21從第一波導(dǎo)23方向到有源波導(dǎo)1的 透射率為t'，經(jīng)過空氣槽21側(cè)壁從第一波導(dǎo)23或第二波導(dǎo)24到有源波導(dǎo)1方向的反射 率為r'，第一高反鏡25的反射率為r/，第二高反鏡26的反射率為r2‘。得到經(jīng)過空氣
6槽21透射后進(jìn)入第一波導(dǎo)23后，第一次透射返回有源波導(dǎo)1的光束振幅為tt' 相對(duì)于這第一次透射的振幅，此后各次復(fù)振幅分別為 tt ‘ r ‘ 2T1 ‘ 2T2 , eiSA⑴、tt ,ι·,、, 3r2 , tt' r' V V V38A ⑴、tt' r' V V 4ei45A(i)...
r/ A⑴,
V2 sA⑴.
其中S為相鄰兩次透射光之間的光程差引起的相位差
δ 二~^-^-+φι+Ψι =~--/+^1(ι) λc
li、I2分別為第一波導(dǎo)23和第二波導(dǎo)24的光學(xué)長(zhǎng)度，夠、夠分別為第一波導(dǎo)23 和第二波導(dǎo)24末端高反鏡反射引起的相位變化，c是光在真空中的傳播速度，f是光的頻率。對(duì)多次透射光的復(fù)振幅求和，得到合成復(fù)振幅為Α"' = Χ??；0 = "V1Mw +tt'r'2 rx'2η’3 r2’2 ei2SA^ + …⑵
(0
那么，從法布里-珀羅諧振腔2反饋到有源波導(dǎo)1的光強(qiáng)為
=_(昨‘)2-/W(3)
(I-^2T1V2')2+ 4r'2 ^r2'sin2 ^
=_1_/(ο
t 1 rar2\2 4r,2r2' . 2 δ
(---2-y + -W^r1- sin —
Vr/ tf iV2r/ 2
根據(jù)公式(1)和(3)，可以得到I(t)/I(i)隨頻率f的變化的示意圖4，反射譜呈梳狀
分布。相鄰兩個(gè)反射峰之間的頻率差值為 _2] = (4)僅與第一波導(dǎo)23和第二波導(dǎo)24的光學(xué)長(zhǎng)度總值1廣12相關(guān)(c為真空中的光速)。而自由光譜范圍為FSR=力(5)其中nd是波導(dǎo)的有效群折射率，λ是中心波長(zhǎng)。由以上推導(dǎo)可知，法布里_珀羅諧振腔2可以看成是一個(gè)梳狀反射譜的濾波反射 鏡。且自由光譜范圍僅與第一波導(dǎo)23和第二波導(dǎo)24的光學(xué)長(zhǎng)度相關(guān)。通過減小第一波導(dǎo) 23和第二波導(dǎo)24的光學(xué)長(zhǎng)度總值，可以增大自由光譜范圍。另外，通過在第一高反鏡25和第二高反鏡26鏡面上鍍高反射膜，可增大第一高反 鏡25的反射率r/和第二高反鏡26的反射率r2'。由公式(3)可知，當(dāng)?shù)谝桓叻寸R25的 反射率r/或第二高反鏡26的反射率r2'的增大后，Ιω/Ιω對(duì)相位差δ的變化更為敏 感。由公式(1)可知，相位差δ取決于頻率f。綜合可得，第一高反鏡25的反射率r/或第二高反鏡26的反射率r2'的增大，會(huì)導(dǎo)致法布里_珀羅諧振腔2的反射譜更加尖銳，提 高了激光器的模式選擇特性。如圖5所示，是本發(fā)明第二種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。它除了包含一個(gè)有源波導(dǎo)1、 一個(gè)產(chǎn)生梳狀反射譜的法布里_珀羅諧振腔2和一個(gè)反射鏡5，還包含一個(gè)調(diào)諧電極27和 一個(gè)相位匹配電極11。調(diào)諧電極27覆蓋第一波導(dǎo)23，第二波導(dǎo)24全部或部分區(qū)域，可通 過調(diào)節(jié)注入電流改變波導(dǎo)的光學(xué)長(zhǎng)度，從而改變反射峰的位置。相位匹配電極11覆蓋有源 波導(dǎo)1的部分區(qū)域。由于處于工作狀態(tài)的半導(dǎo)體激光器需要滿足激光器諧振條件2k0la+2k0lp+<ji = 2mJi，m = 1，2，3· · ·(6)其中Ictl是該輸出波長(zhǎng)在真空中的波矢，Ia是有源波導(dǎo)1的光學(xué)長(zhǎng)度，Ip是相位匹 配電極11覆蓋下波導(dǎo)的光學(xué)長(zhǎng)度，Φ是由于法布里-珀羅諧振腔2反射引起的相位變化， 隨著第一波導(dǎo)23，第二波導(dǎo)24光學(xué)長(zhǎng)度的變化而變化。在調(diào)節(jié)調(diào)諧電極27改變法布里_珀羅諧振腔2反射峰位置的同時(shí)，第一波導(dǎo)23， 第二波導(dǎo)24光學(xué)長(zhǎng)度改變了，引起反射相位Φ的變化，激光器諧振條件被破壞。在本實(shí)施 方式中，通過相位匹配電極11調(diào)節(jié)15的長(zhǎng)度，補(bǔ)償反射相位Φ的改變，對(duì)于不同輸出波長(zhǎng)， 都能滿足激光器諧振條件。在同時(shí)調(diào)節(jié)調(diào)諧電極27和相位匹配電極11的注入電流后，就 可實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體激光器輸出波長(zhǎng)的調(diào)諧。如圖6所示，是本發(fā)明第三種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。它除了包含一個(gè)有源波導(dǎo)1、 一個(gè)產(chǎn)生梳狀反射譜的法布里_珀羅諧振腔2和一個(gè)反射鏡5，還包含一個(gè)覆蓋第二波導(dǎo) 24全部或部分區(qū)域，可通過調(diào)節(jié)注入電流改變波導(dǎo)的光學(xué)長(zhǎng)度的第二波導(dǎo)調(diào)諧電極28。由公式(4)可知，法布里-珀羅諧振腔2的頻譜間隔為Δ/ι=Ι^(7)其中Ip I2分別為第一波導(dǎo)23和第二波導(dǎo)24的光學(xué)長(zhǎng)度，c為真空中的光速。第一波導(dǎo)23、有源波導(dǎo)1、第一高反鏡25和反射鏡5共同構(gòu)成一個(gè)有源法布里-珀 羅諧振腔。該有源法布里-珀羅諧振腔得頻譜間隔為Afe=W^ij(8)其中Ip Ia分別為第一波導(dǎo)23和有源波導(dǎo)1的光學(xué)長(zhǎng)度，c為真空中的光速。由于第一波導(dǎo)與第二波導(dǎo)的光學(xué)長(zhǎng)度之和與有源波導(dǎo)與第一波導(dǎo)的光學(xué)長(zhǎng)度之 和不相等，使得八^與Δ f；存在微小差別。此時(shí)，激光器只有在兩個(gè)法布里-珀羅諧振腔 的反射峰重合處，才能得到足夠的反饋，從而在該波長(zhǎng)滿足激光閾值條件。如圖2所示，兩 個(gè)諧振腔串聯(lián)后，反射譜上相鄰反射峰之間的間距為
ΑΓ_ ^fAfe
_2] (9) 由于放大因子Δ ;/| Af1-AfJ的存在，雙法布里-珀羅諧振腔半導(dǎo)體激光器比 單法布里-珀羅諧振腔的自由光譜范圍要大。在有源波導(dǎo)的增益范圍內(nèi)，可以保證兩個(gè)法 布里_珀羅諧振腔只有一個(gè)反射峰重合，半導(dǎo)體激光器單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)第二波導(dǎo)調(diào) 諧電極28的注入電流，改變改變法布里-珀羅諧振腔的光學(xué)長(zhǎng)度，從而改變Af1，在放大因子Afyl Af1-Afe的作用下，可以實(shí)現(xiàn)激光器輸出波長(zhǎng)的大范圍調(diào)諧。如圖7所示，是本發(fā)明第四種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。它包括一個(gè)提供增益的有 源波導(dǎo)1，一個(gè)產(chǎn)生梳狀反射譜的法布里_珀羅諧振腔2，另一個(gè)產(chǎn)生梳狀反射譜的法布 里_珀羅諧振腔3和輸出波導(dǎo)4。所述法布里-珀羅諧振腔是由一個(gè)與有源波導(dǎo)1傾斜為 30° 70°的、里面填充空氣或低折射率介質(zhì)的、用于將有源波導(dǎo)1內(nèi)產(chǎn)生的光部分透射 進(jìn)法布里_珀羅諧振腔2的、未被透射的光部分反射損失掉的空氣槽21，第一波導(dǎo)23，第二 波導(dǎo)24，第一高反鏡25和第二高反鏡26組成；第一波導(dǎo)23與有源波導(dǎo)1同軸放置，分別 位于空氣槽21的兩側(cè)；第二波導(dǎo)24和第一波導(dǎo)23與空氣槽21之間夾角相等，位于空氣槽 21同側(cè)；第二波導(dǎo)4與空氣槽21的連接端口和第一波導(dǎo)23與空氣槽21的連接端口部分 重合；第一高反鏡25和第二高反鏡26分別位于第一波導(dǎo)23和第二波導(dǎo)24的非空氣槽連 接端口處；所述輸出波導(dǎo)4和有源波導(dǎo)1與空氣槽21之間夾角相等，位于空氣槽21同側(cè)； 輸出波導(dǎo)4與空氣槽21連接端口和有源波導(dǎo)1與空氣槽21連接端口部分重合；所述另一 個(gè)法布里_珀羅諧振腔3位于有源波導(dǎo)1與法布里-珀羅諧振腔2連接端口的另一端；所 述另一個(gè)法布里-珀羅諧振腔3是由一個(gè)與有源波導(dǎo)1傾斜為30° 70°的、里面填充空 氣或低折射率介質(zhì)的、用于將有源波導(dǎo)1內(nèi)產(chǎn)生的光部分透射進(jìn)另一個(gè)法布里-珀羅諧振 腔3的、未被透射的光部分反射損失掉的另一個(gè)空氣槽31，第三波導(dǎo)33，第四波導(dǎo)34，第三 高反鏡35和第四高反鏡36組成；第三波導(dǎo)33與有源波導(dǎo)1同軸放置，分別位于另一個(gè)空 氣槽31的兩側(cè)；第四波導(dǎo)34和第三波導(dǎo)33與另一個(gè)空氣槽31之間夾角相等，位于另一個(gè) 空氣槽31同側(cè)；第三波導(dǎo)33與另一個(gè)空氣槽31連接端口和第四波導(dǎo)34與另一個(gè)空氣槽 31連接端口部分重合；第三高反鏡35和第四高反鏡36分別位于第三波導(dǎo)33和第四波導(dǎo) 34的非空氣槽連接端口處。所述第一波導(dǎo)23、第二波導(dǎo)24光學(xué)長(zhǎng)度之和與第三波導(dǎo)33、第 四波導(dǎo)34光學(xué)長(zhǎng)度之和不相等，這樣得到的法布里_珀羅諧振腔2和另一個(gè)法布里-珀羅 諧振腔3的反射譜分布不同。由公式(4)可知，法布里_珀羅諧振腔2的頻譜間隔為(10)其中Ip I2分別為第一波導(dǎo)23和第二波導(dǎo)24的光學(xué)長(zhǎng)度，c為真空中的光速。另一個(gè)法布里_珀羅諧振腔3的頻譜間隔為(11)其中13、I4分別為第三波導(dǎo)33和第四波導(dǎo)34的光學(xué)長(zhǎng)度。通過選擇第一波導(dǎo)23，第二波導(dǎo)24光學(xué)長(zhǎng)度之和與第三波導(dǎo)33，第四波導(dǎo)34光 學(xué)長(zhǎng)度之和不同，使得八&與Af2存在差別。此時(shí)，激光器只有在兩個(gè)法布里-珀羅諧振 腔的反射峰重合處，才能得到足夠的反饋，從而在該波長(zhǎng)滿足激光閾值條件。如圖2所示，
兩個(gè)諧振腔串聯(lián)后，反射譜上相鄰反射峰之間的間距為 _2] (12) 由于放大因子Af2/| Af1-Af2的存在，雙法布里-珀羅諧振腔半導(dǎo)體激光器比 單法布里-珀羅諧振腔的自由光譜范圍要大。在有源波導(dǎo)的增益范圍內(nèi)，可以保證兩個(gè)法布里-珀羅諧振腔只有一個(gè)反射峰重合，半導(dǎo)體激光器單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)。通過改變其中一個(gè)或 兩個(gè)法布里_珀羅諧振腔的光學(xué)長(zhǎng)度，可以實(shí)現(xiàn)激光器輸出波長(zhǎng)的大范圍調(diào)諧。
上述實(shí)施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和 權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種空氣槽分束法布里 珀羅諧振腔耦合激光器，它包括一個(gè)提供增益的有源波導(dǎo)(1)，一個(gè)產(chǎn)生梳狀反射譜的法布里 珀羅諧振腔(2)和一個(gè)反射鏡(5)；其特征在于所述法布里 珀羅諧振腔(2)是由一個(gè)與有源波導(dǎo)(1)傾斜為30°～70°的、里面填充空氣或低折射率介質(zhì)的、用于將有源波導(dǎo)(1)內(nèi)產(chǎn)生的光部分透射進(jìn)法布里 珀羅諧振腔(2)的、未被透射的光部分反射損失掉的空氣槽(21)，第一波導(dǎo)(23)，第二波導(dǎo)(24)，第一高反鏡(25)和第二高反鏡(26)組成；第一波導(dǎo)(23)與有源波導(dǎo)(1)同軸放置，分別位于空氣槽(21)的兩側(cè)；第二波導(dǎo)(24)和第一波導(dǎo)(23)與空氣槽(21)之間夾角相等，位于空氣槽(21)同側(cè)；第二波導(dǎo)(24)與空氣槽(21)的連接端口和第一波導(dǎo)(23)與空氣槽(21)的連接端口部分重合；第一高反鏡(25)和第二高反鏡(26)分別設(shè)置于第一波導(dǎo)(23)和第二波導(dǎo)(24)的非空氣槽連接端口處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣槽分束法布里_珀羅諧振腔耦合激光器，其特征在 于所述第一波導(dǎo)(23)，第二波導(dǎo)(24)全部或部分覆蓋有可改變其光學(xué)長(zhǎng)度從而改變反 射峰位置輸出波長(zhǎng)的一體的調(diào)諧電極(27)；有源波導(dǎo)(1)部分區(qū)域覆蓋有相位匹配電極(II)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣槽分束法布里_珀羅諧振腔耦合激光器，其特征在 于所述第二波導(dǎo)(24)全部或部分覆蓋有可改變其光學(xué)長(zhǎng)度從而改變反射峰位置輸出波 長(zhǎng)的第二波導(dǎo)調(diào)諧電極(28)；第一波導(dǎo)(23)與第二波導(dǎo)(24)的光學(xué)長(zhǎng)度之和與有源波導(dǎo) (1)與第一波導(dǎo)(21)的光學(xué)長(zhǎng)度之和不相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空氣槽分束法布里_珀羅諧振腔耦合激光器，其特征在 于所述第一高反鏡(25)和第二高反鏡(26)鏡面上均鍍有高反射膜。
5.一種空氣槽分束法布里_珀羅諧振腔耦合激光器，它包括一個(gè)提供增益的有源波導(dǎo) (1)，一個(gè)產(chǎn)生梳狀反射譜的法布里-珀羅諧振腔(2)，另一個(gè)產(chǎn)生梳狀反射譜的法布里-珀 羅諧振腔(3)和輸出波導(dǎo)(4)；其特征在于所述法布里-珀羅諧振腔(2)是由一個(gè)與有源 波導(dǎo)(1)傾斜為30° 70°的、里面填充空氣或低折射率介質(zhì)的、用于將有源波導(dǎo)(1)內(nèi) 產(chǎn)生的光部分透射進(jìn)法布里-珀羅諧振腔(2)的、未被透射的光部分反射損失掉的空氣槽 (21)，第一波導(dǎo)(23)，第二波導(dǎo)(24)，第一高反鏡(25)和第二高反鏡(26)組成；第一波導(dǎo) (23)與有源波導(dǎo)(1)同軸放置，分別位于空氣槽(21)的兩側(cè)；第二波導(dǎo)(24)和第一波導(dǎo) (23)與空氣槽(21)之間夾角相等，位于空氣槽(21)同側(cè)；第二波導(dǎo)⑷與空氣槽(21)的 連接端口和第一波導(dǎo)(23)與空氣槽(21)的連接端口部分重合；第一高反鏡(25)和第二高 反鏡(26)分別位于第一波導(dǎo)(23)和第二波導(dǎo)(24)的非空氣槽連接端口處；所述輸出波導(dǎo) ⑷和有源波導(dǎo)⑴與空氣槽(21)之間夾角相等，位于空氣槽(21)同側(cè)；輸出波導(dǎo)⑷與 空氣槽(21)連接端口和有源波導(dǎo)(1)與空氣槽(21)連接端口部分重合；所述另一個(gè)法布 里-珀羅諧振腔(3)位于有源波導(dǎo)(1)與法布里-珀羅諧振腔(2)連接端口的另一端；所 述另一個(gè)法布里-珀羅諧振腔(3)是由一個(gè)與有源波導(dǎo)(1)傾斜為30° 70°的、里面填 充空氣或低折射率介質(zhì)的、用于將有源波導(dǎo)(1)內(nèi)產(chǎn)生的光部分透射進(jìn)另一個(gè)法布里-珀 羅諧振腔(3)的、未被透射的光部分反射損失掉的另一個(gè)空氣槽(31)，第三波導(dǎo)(33)，第四 波導(dǎo)(34)，第三高反鏡(35)和第四高反鏡(36)組成；第三波導(dǎo)(33)與有源波導(dǎo)(1)同軸 放置，分別位于另一個(gè)空氣槽(31)的兩側(cè)；第四波導(dǎo)(34)和第三波導(dǎo)(33)與另一個(gè)空氣 槽(31)之間夾角相等，位于另一個(gè)空氣槽(31)同側(cè)；第三波導(dǎo)(33)與另一個(gè)空氣槽(31)連接端口和第四波導(dǎo)(34)與另一個(gè)空氣槽(31)連接端口部分重合；第三高反鏡(35)和第 四高反鏡(36)分別位于第三波導(dǎo)(33)和第四波導(dǎo)(34)的非空氣槽連接端口處；所述第一 波導(dǎo)(23)、第二波導(dǎo)(24)光學(xué)長(zhǎng)度之和與第三波導(dǎo)(33)、第四波導(dǎo)(34)光學(xué)長(zhǎng)度之和不相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種空氣槽分束法布里_珀羅諧振腔耦合激光器，其特征在 于所述第一高反鏡(25)、第二高反鏡(26)、第三高反鏡(35)和第四高反鏡(36)鏡面上均 鍍有高反射膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空氣槽分束法布里-珀羅諧振腔耦合激光器。法布里-珀羅諧振腔是由與有源波導(dǎo)傾斜、可填充介質(zhì)的空氣槽，兩個(gè)波導(dǎo)和兩個(gè)高反鏡組成；一個(gè)波導(dǎo)與有源波導(dǎo)同軸分別位于空氣槽的兩側(cè)；兩個(gè)波導(dǎo)與空氣槽之間夾角相等，位于空氣槽同側(cè)，并與空氣槽連接端口處部分重合；高反鏡分別設(shè)置于兩個(gè)波導(dǎo)的非空氣槽連接端口?；蛘咴僭趦蓚€(gè)波導(dǎo)上覆蓋調(diào)諧電極和在有源波導(dǎo)覆蓋相位匹配電極。本發(fā)明通過空氣槽對(duì)光的反射和透射進(jìn)行分束。附加兩根波導(dǎo)構(gòu)成法布里-珀羅諧振腔進(jìn)行選模，具有自由光譜范圍大且制造難度低。通過調(diào)節(jié)波導(dǎo)的光學(xué)長(zhǎng)度，可對(duì)激光器輸出波長(zhǎng)大范圍調(diào)諧。這種激光器可單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)H01S5/10GK101976799SQ20101029536
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者何建軍, 張璇, 王磊 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)