專利名稱：基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器，特別涉及一種基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器。
背景技術(shù)：
波分復(fù)用技術(shù)(WDM)在光纖光通訊系統(tǒng)中已廣泛應(yīng)用。波分復(fù)用的光電轉(zhuǎn)調(diào)器包含一個激光器，一個調(diào)制器，一個接收器和相關(guān)的電子設(shè)備。波分復(fù)用轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行可通過一個近紅外波長在1550nm的固定波長激光器實(shí)現(xiàn)。由于很易于操作和高度可靠性，分布反饋式(DFB)激光器在波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用。在DFB激光器中，提供光學(xué)反饋的衍射光柵位于整個增益共振腔的上方，這樣激光會在固定波長下獲得一個穩(wěn)定的單模振蕩。并且，在低數(shù)字速率的信息傳輸也可通過直接對DFB激光器調(diào)制實(shí)現(xiàn)。波分多路系統(tǒng)的構(gòu)成實(shí)施是通過在每個ITU (國際電信聯(lián)盟)規(guī)定的每一波長通道格點(diǎn)上使用一個激光器。然而，DFB激光器不具有較寬的波長調(diào)諧范圍，因此，必須對每個波長使用不同的激光器，這便導(dǎo)致了昂貴的波長管理的成本，同時要求很大的余料庫存來隨時解決激光器故障等問題。為了克服現(xiàn)有DFB激光器的這一缺點(diǎn)同時獲得大范圍波長單模運(yùn)行，可調(diào)諧激光器應(yīng)運(yùn)而生?？烧{(diào)諧激光器就是單個激光器的波長變化可覆蓋很多ITU規(guī)定的波長通道， 并在應(yīng)用中根據(jù)需要可隨時變化到所需波長通道。因此，一個可調(diào)諧激光器可以為很多波長通道做光源備份，需要作為WDM轉(zhuǎn)換器庫存?zhèn)浼募す馄鲿罅繙p少?？烧{(diào)諧激光器還可在波分復(fù)用的定位中提供靈活的方案，即可以根據(jù)需要將某些波長通道從光網(wǎng)中添補(bǔ)加或移除。相應(yīng)地，可調(diào)諧激光器可以幫助運(yùn)營商在整個光纖網(wǎng)絡(luò)中有效地進(jìn)行波長管理?？烧{(diào)諧激光器可以被大致分為兩大類一類的調(diào)諧機(jī)制由激光器元件內(nèi)部提供， 另一類的調(diào)諧機(jī)制由激光器元件外提供。傳統(tǒng)的可調(diào)諧激光器方案的代表為DBR(分布布拉格反射鏡)激光器，它的特點(diǎn)是產(chǎn)生增益的有源區(qū)和產(chǎn)生反射的DBR區(qū)在同一個激光元件中形成，但是它的可調(diào)諧范圍不寬，一般不超過lOnm。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，可以持續(xù)地或有選擇地改變輸出波長，并可覆蓋很寬的波長范圍。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，包括用于產(chǎn)生寬帶自發(fā)輻射光子的有源增益芯片，用于外腔反饋及產(chǎn)生可調(diào)諧波長的無源光子芯片，有源增益芯片和無源光子芯片內(nèi)各具有光波導(dǎo)，兩個芯片經(jīng)波導(dǎo)芯耦合對接；無源光子芯片上的波導(dǎo)包括一個激光相位控制部分和復(fù)合波導(dǎo)反射鏡部分， 相位控制部分設(shè)有對應(yīng)的用于改變波導(dǎo)折射率的電極；復(fù)合波導(dǎo)反射鏡部分依次包含第一反射鏡區(qū)段、相位耦合區(qū)段和第二反射鏡區(qū)段，每個區(qū)段均設(shè)有對應(yīng)的用于改變波導(dǎo)折射率的電極；
通過擇一改變第一反射鏡區(qū)段、或第二反射鏡區(qū)段的波導(dǎo)折射率，兩個反射鏡區(qū)段的反射峰分布的波長位置隨之改變；選擇性地使兩個反射鏡區(qū)段的相應(yīng)反射峰在某一波長處重疊，再改變相位耦合區(qū)段的波導(dǎo)折射率，使兩個反射鏡區(qū)段的相應(yīng)反射峰在該重疊波長處獲得相干相長的最大反射，并進(jìn)一步調(diào)節(jié)激光相位控制部分，滿足在該波長產(chǎn)生激光的位相條件，實(shí)現(xiàn)在該波長的激光輸出。通過重復(fù)第一反射鏡區(qū)段和第二反射鏡區(qū)段的其余反射峰的重疊，并相應(yīng)調(diào)節(jié)相位耦合區(qū)段和激光相位部分，從而實(shí)現(xiàn)激光輸出波長的步幅式調(diào)諧。在上述某一波長處于重疊的基礎(chǔ)上，再同步改變兩個反射鏡區(qū)段和相位耦合區(qū)段的波導(dǎo)折射率，使上述重疊處兩個反射峰的波長位置同步移動，產(chǎn)生波峰重疊處波長的連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)輸出激光波長的連續(xù)式調(diào)諧。本發(fā)明所述第一反射鏡選用一個取樣光柵或一個超結(jié)構(gòu)光柵；所述第二反射鏡由至少兩個中心波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵組合而成，第二反射鏡區(qū)段的電極對應(yīng)分設(shè)于每個波導(dǎo)布拉格光柵的波導(dǎo)上。本發(fā)明所述第一反射鏡由至少兩個中心波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵組合而成，第一反射鏡區(qū)段的電極對應(yīng)分設(shè)于每個波導(dǎo)布拉格光柵的波導(dǎo)上；所述第二反射鏡選用一個取樣光柵或一個超結(jié)構(gòu)光柵。本發(fā)明所述第一反射鏡和第二反射鏡均選用取樣光柵或超結(jié)構(gòu)光柵；第一反射鏡和第二反射鏡具有不同的梳狀反射峰分布。本發(fā)明所述第一反射鏡由至少兩個中心波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵組合而成，第一反射鏡區(qū)段的電極對應(yīng)分設(shè)于每個波導(dǎo)布拉格光柵的波導(dǎo)上；所述第二反射鏡也由至少兩個中心波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵組合而成，第二反射鏡區(qū)段的電極對應(yīng)分設(shè)于每個波導(dǎo)布拉格光柵的波導(dǎo)上；第一反射鏡和第二反射鏡具有不同的反射峰分布。本發(fā)明所述相位控制部分位于增益芯片和復(fù)合波導(dǎo)反射鏡部分之間。本發(fā)明所述增益芯片與無源光子芯片的耦合端面鍍有抗反射膜，增益芯片的另一端面鍍有高反射膜。本發(fā)明無源光子芯片上的波導(dǎo)相位控制部分和復(fù)合波導(dǎo)反射鏡部分的電極設(shè)于波導(dǎo)芯的上包層的表面；或者設(shè)于波導(dǎo)芯兩側(cè)的波導(dǎo)包層表面。本發(fā)明所述波導(dǎo)布拉格光柵的數(shù)量與取樣光柵(SG)或超結(jié)構(gòu)光柵(SSG)的梳狀分布中的反射峰數(shù)量匹配；各波導(dǎo)布拉格光柵組成的反射峰波長分布和反射強(qiáng)度均接近于取樣光柵(SG)或超結(jié)構(gòu)光柵(SSG)的梳狀反射峰。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該發(fā)明技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)
1)本發(fā)明的激光器可通過操作無源光子芯片上反射光柵之間的兩個光譜響應(yīng)來進(jìn)行波長選擇，實(shí)現(xiàn)了較大范圍激光輸出波長的分步或連續(xù)調(diào)諧；
2)由于光學(xué)調(diào)諧通過在芯片上的熱或電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)，不需要機(jī)械變動，因此無移動元件；
3)本發(fā)明由于采用了外腔結(jié)構(gòu)和較長的諧振腔，保證了該激光器的線寬大大窄于傳統(tǒng)可調(diào)諧DFB或DBR激光器，窄線寬是下一代40G/100相干通信的一種關(guān)鍵指標(biāo)；
4)本發(fā)明由于芯片外腔結(jié)構(gòu)，避免了傳統(tǒng)的微光元器件和工藝復(fù)雜的組裝過程，保證了該激光器可以采用微電子半導(dǎo)體工藝進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，具有明顯的性能和價格優(yōu)勢。


圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式
一的俯視結(jié)構(gòu)原理示意圖2為圖1中第一反射鏡(實(shí)線)和第二反射鏡(虛線)反射峰的波譜示意圖； 圖3為經(jīng)調(diào)諧后圖2中其中一個反射峰重疊的波譜示意圖； 圖4為本發(fā)明具體實(shí)施方式
二的俯視結(jié)構(gòu)原理示意圖； 圖5本發(fā)明具體實(shí)施方式
三的俯視結(jié)構(gòu)原理示意圖； 圖6為圖5中第一反射鏡(實(shí)線)和第二反射鏡(虛線)反射峰的波譜示意圖； 圖7為經(jīng)調(diào)諧后圖6中其中一個反射峰重疊的波譜示意圖； 圖8本發(fā)明具體實(shí)施方式
四的俯視結(jié)構(gòu)原理示意圖9為圖8中第一反射鏡(連線)和第二反射鏡(符號線)反射峰的波譜示意圖； 圖10為經(jīng)調(diào)諧后圖8中其中一個反射峰重疊的波譜示意圖； 圖11、圖12為上述各實(shí)施例中無源光子芯片上電極位置橫截面的結(jié)構(gòu)原理示意圖； 圖13為上述各實(shí)施例中無源光子芯片上光柵刻蝕處縱向剖視面的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明具體實(shí)施方式
一的俯視結(jié)構(gòu)原理示意圖，它包含一個有源增益芯片4，用于產(chǎn)生寬帶自發(fā)輻射光子，作為激發(fā)光源；一個無源光子芯片5，作為外腔提供波長可調(diào)諧反饋，產(chǎn)生可調(diào)諧波長的激光輸出。有源增益芯片和無源光子芯片的光波導(dǎo)上各具有一個波導(dǎo)心3、12 ；有源增益芯片4和無源光子芯片5的對接是通過將每個芯片上波導(dǎo)心3、12進(jìn)行精確的光學(xué)對準(zhǔn)達(dá)到最佳耦合來實(shí)現(xiàn)。增益芯片4的左、右端面鍍有高反射膜2和抗反射膜1，無源光子芯片5光波導(dǎo)的兩個端面15、16鍍有抗反膜，激光將從無源光子芯片的右端面16離開反饋外腔。在鍍膜改變的情況下，也可以從有源增益芯片左面發(fā)出激光，但是波導(dǎo)反射鏡的反射率需要加大。有源增益芯片4可由常用III一V化合物半導(dǎo)體材料MP系列來制成。有源增益芯片光波導(dǎo)芯上全部或部分覆蓋有用于向有源區(qū)注入電子的金屬電極31，通過電子-光子轉(zhuǎn)換在某一中心波長附近產(chǎn)生寬帶自發(fā)輻射光子，通過波導(dǎo)心3、12耦合傳輸?shù)阶鳛榉答佂馇坏臒o源光子芯片5。無源光子芯片上的波導(dǎo)12包括一個激光相位控制部分10和一個復(fù)合波導(dǎo)反射鏡部分，它們構(gòu)成本發(fā)明可調(diào)諧激光器的外腔。激光相位控制部分10位于增益芯片和復(fù)合波導(dǎo)反射鏡部分之間。復(fù)合波導(dǎo)反射鏡由第一反射鏡區(qū)段11，相位耦合區(qū)13，第二反射鏡區(qū)段14構(gòu)成；相位耦合部分13位于第一反射鏡11和第二反射鏡14的之間。無源光子芯片5上的各個組成部分的波導(dǎo)上均帶有局部對應(yīng)的金屬電極；金屬電極用于改變其對應(yīng)覆蓋部分波導(dǎo)的折射率，可以通過金屬電極發(fā)熱改變溫度，產(chǎn)生熱-光效應(yīng)而改變波導(dǎo)折射率；也可通過金屬電極上電流的改變，產(chǎn)生電-光效應(yīng)來進(jìn)行改變波導(dǎo)折射率。無源光子芯片5中各部分波導(dǎo)上的金屬電極對稱設(shè)于該部分波導(dǎo)芯兩側(cè)的波導(dǎo)包層表面(如圖9)；本實(shí)施例中，相位控制部分10的波導(dǎo)芯兩側(cè)對稱設(shè)有金屬電極6、6'，第一反射鏡區(qū)段11的波導(dǎo)芯兩側(cè)對稱設(shè)有金屬電極7、7'，相位耦合區(qū)13的波導(dǎo)芯兩側(cè)對稱設(shè)有金屬電極8、8'，第二反射鏡區(qū)段14上的金屬電極要根據(jù)第二反射鏡的組合來對應(yīng)分設(shè)。另外，各金屬電極放置位置也可以只設(shè)于波導(dǎo)芯的上包層的表面(如圖10)。無源光子芯片5上的激光相位控制部分10或相位耦合部分13是通過調(diào)節(jié)光子的光學(xué)路徑的長度，即波導(dǎo)光的折射率和物理長度的乘積，提供一個產(chǎn)生激光所需的相位條件。因此，可以通過對應(yīng)覆蓋的金屬電極6、6'、8、8'發(fā)熱改變溫度而改變相位控制部分 10或相位耦合部分13的波導(dǎo)折射率，滿足相位條件。另外上述波導(dǎo)折射率也可通過對應(yīng)覆蓋的金屬電極利用電-光效應(yīng)來進(jìn)行改變。上述激光相位控制部分10是用于提供一個產(chǎn)生激光所需的相位條件，它也可以設(shè)于有源增益芯片4內(nèi)的波導(dǎo)上，也是可以達(dá)到同樣的作用。上述第一反射鏡11采用取樣光柵(SG)或超結(jié)構(gòu)光柵(SSG)。取樣光柵/超結(jié)構(gòu)光柵的反射譜的特點(diǎn)是在較寬波長范圍內(nèi)有一個梳狀的反射峰分布，相鄰反射峰之間的波長間隔被稱作自由光譜范圍(FSR)。當(dāng)對應(yīng)覆蓋的局部金屬電極通過熱-光或電-光效應(yīng)改變波導(dǎo)的光學(xué)折射率時，取樣光柵/超結(jié)構(gòu)光柵的反射波長將被調(diào)諧，即整個梳狀反射光譜將相對于波長進(jìn)行移動。取樣光柵/超結(jié)構(gòu)光柵具有合適的反射峰強(qiáng)度來給激光形成提供最佳反饋和適當(dāng)?shù)淖杂晒庾V范圍以便它可以在波長調(diào)諧中完成。上述第二反射鏡14采用若干個反射波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵組合而成， 波導(dǎo)布拉格光柵的數(shù)量至少兩個，具體可以根據(jù)調(diào)諧的需要來設(shè)定。通常一個波導(dǎo)布拉格光柵產(chǎn)生一個反射峰或兩個反射峰，為利于更好的調(diào)諧，波導(dǎo)布拉格光柵的數(shù)量可以與取樣光柵(SG)或超結(jié)構(gòu)光柵(SSG)的梳狀分布中的反射峰數(shù)量匹配，兩者數(shù)量上的匹配關(guān)系可以是一個波導(dǎo)布拉格光柵對應(yīng)一個梳狀分布中的反射峰，如有五個梳狀分布中的反射峰，就需五個反射波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵；對于反射峰調(diào)諧范圍比較大的波導(dǎo)布拉格光柵，也可以不同的數(shù)量比例，如一個波導(dǎo)布拉格光柵反射峰調(diào)諧范圍可以覆蓋梳狀分布中的兩個反射峰，如有八個梳狀分布中的反射峰，就需四個反射波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵；反之亦然。另外，各波導(dǎo)布拉格光柵的反射峰波長分別接近于取樣光柵(SG) 或超結(jié)構(gòu)光柵(SSG)的梳狀反射峰分布中相應(yīng)反射峰的波長。布拉格光柵狀反射峰的波長由以下通用關(guān)系決定
其中2是布拉格光柵反射峰的波長，neff是單模波導(dǎo)的有效折射率，A是布拉格反射
光柵的周期，由方程(1)可見，當(dāng)波導(dǎo)折射率被改變時，布拉格光柵反射峰波長便可被調(diào)諧，因此，可以通過對應(yīng)覆蓋的金屬電極來改變波導(dǎo)折射率，使其反射峰波長得到調(diào)諧。本實(shí)施例第二反射鏡14采用具有各不相同中心波長的波導(dǎo)布拉格光柵141、142、143、144、 145組合而成，每個布拉格光柵的波導(dǎo)芯兩側(cè)各對稱分設(shè)金屬電極91、91'、92、92'、93、 93' ,94,94' ,95,95'。 無源光子芯片5的波導(dǎo)材料應(yīng)選用在折射率上具有較大熱-光或電-光系數(shù)的材料，比如硅或聚合物材料等等，這樣，可以對單模波導(dǎo)的折射率地進(jìn)行有效的調(diào)諧。比如，絕緣體上硅結(jié)構(gòu)(SOI)上的硅波導(dǎo)就是實(shí)現(xiàn)調(diào)諧的很好選擇。無源光子芯片中各個反射光柵可以刻蝕在SOI波導(dǎo)心上(如圖11)，然后覆蓋包層。該波導(dǎo)本身具有很簡單的結(jié)構(gòu)，很容易利用現(xiàn)有成熟的微電子半導(dǎo)體硅工藝來進(jìn)行生產(chǎn)。由于絕緣體上硅結(jié)構(gòu)波導(dǎo)的折射率對比很高，與增益芯片中的波導(dǎo)接近，因此，在兩個芯片的對接處，也可以通過使它的波導(dǎo)光學(xué)模與增益芯片的波導(dǎo)光學(xué)模盡量匹配來獲得最優(yōu)的光學(xué)耦合。如2所示，各波導(dǎo)布拉格光柵具有不同的反射峰20、22、對、26、觀波長，且每個波導(dǎo)布拉格光柵反射波長都分別接近相應(yīng)取樣光柵/超結(jié)構(gòu)光柵的梳狀反射峰21、23、25、 27、四的波長。同時，這些波導(dǎo)布拉格光柵的反射峰強(qiáng)度和相應(yīng)取樣光柵/超結(jié)構(gòu)光柵的梳狀反射峰強(qiáng)度也接近。根據(jù)需要輸出的波長，如選定的波導(dǎo)布拉格光柵一個反射峰沈進(jìn)行調(diào)諧，以實(shí)現(xiàn)反射峰沈與取樣光柵/超結(jié)構(gòu)光柵的梳狀反射中的相應(yīng)反射峰27在波長上的重疊(如圖3 所示)，再通過調(diào)節(jié)相位耦合區(qū)13來確保波導(dǎo)布拉格光柵反射峰沈和相應(yīng)的取樣光柵/超結(jié)構(gòu)光柵的梳狀反射峰27的相干相長疊加在一起，保證了光子在該調(diào)諧波長具有最大增益，以保證復(fù)合波導(dǎo)反射鏡在該重疊波長處給增益芯片4提供最強(qiáng)的反饋以產(chǎn)生激光。而第一反射鏡11的取樣光柵/超結(jié)構(gòu)光柵的梳狀反射譜中的其它反射峰21、23、25、四和第二反射鏡中其它波導(dǎo)布拉格光柵的反射20、22、M、28由于強(qiáng)度不夠會在激光過程競爭中被抑制不能產(chǎn)生激光。接著調(diào)節(jié)激光相位控制區(qū)10，為波長調(diào)諧激光的產(chǎn)生提供一個相干的腔內(nèi)往返相位條件，在該重疊處波長產(chǎn)生激光，激光將從無源光子芯片的右端面輸出。通過重復(fù)第一反射鏡區(qū)段和第二反射鏡區(qū)段的其余不同波長處相應(yīng)反射峰的重疊，如20和21 ；22和23 ；24 和25 ；28和四；并相應(yīng)調(diào)節(jié)相位耦合區(qū)段和激光相位部分，可實(shí)現(xiàn)激光輸出波長的步幅式調(diào)諧。在上述波導(dǎo)布拉格光柵反射峰沈和相應(yīng)的取樣光柵/超結(jié)構(gòu)光柵的梳狀反射峰 27重疊的基礎(chǔ)上，再同步改變兩個反射鏡區(qū)段和相位耦合區(qū)段的波導(dǎo)折射率，使上述重疊處兩個反射峰的波長位置同步移動，產(chǎn)生波峰重疊處波長的連續(xù)調(diào)諧，由相位控制區(qū)10為波長調(diào)諧激光的產(chǎn)生提供一個相干的腔內(nèi)往返相位條件產(chǎn)生激光，從而實(shí)現(xiàn)輸出激光波長的連續(xù)式調(diào)諧。在具體使用中，可以根據(jù)產(chǎn)生波長的需要，先選中一對波長相近的波導(dǎo)布拉格光柵反射峰和取樣光柵/超結(jié)構(gòu)光柵梳狀譜中的反射峰并實(shí)現(xiàn)波長重疊，然后，它們朝長波長方向同步、連續(xù)地調(diào)諧，直到完成取樣光柵或超結(jié)構(gòu)光柵的一個自由光譜范圍。然后， 選下一對鄰近的波導(dǎo)布拉格光柵和取樣光柵/超結(jié)構(gòu)光柵的梳狀反射峰被選中并以相似的方式重復(fù)調(diào)諧過程，從而覆蓋廣泛的波長范圍。如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施方式二的結(jié)構(gòu)原理圖，本實(shí)施方式結(jié)構(gòu)和實(shí)施例一基本相同，不同之處在于第一反射鏡11由波導(dǎo)布拉格光柵111、112、113、114、115組合而成，第一反射鏡區(qū)段的電極71、71'、72、72'、73、73'、74、74'、75、75'對稱分設(shè)于每個波導(dǎo)布拉格光柵的波導(dǎo)芯兩側(cè)；第二反射鏡14為一個取樣光柵或一個超結(jié)構(gòu)光柵；第二反射鏡區(qū)段14的波導(dǎo)芯兩側(cè)對稱設(shè)有金屬電極9、9'。本實(shí)施方式激光產(chǎn)生機(jī)制和調(diào)諧機(jī)制與實(shí)施例一相同。如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施方式三的結(jié)構(gòu)原理圖，本實(shí)施方式結(jié)構(gòu)和實(shí)施例一基本相同，不同之處在于，第二反射鏡14也是一個取樣光柵或超結(jié)構(gòu)光柵，第二反射鏡區(qū)段14 的波導(dǎo)芯兩側(cè)對稱設(shè)有金屬電極9、9'。如圖6所示，第二反射鏡與第一反射鏡的取樣光柵或超結(jié)構(gòu)光柵的自由光譜范圍不相同可以相接近；它們的對應(yīng)梳狀反射峰40、41 ；42,43 ； 44,45 ；46,47 ；48,49有著相近的反射強(qiáng)度。本實(shí)施例從兩個反射鏡的梳狀反射譜選中一對波長相近的反射峰44、45來進(jìn)行調(diào)諧。首先，通過微調(diào)其中一個反射鏡，來實(shí)現(xiàn)選中的一對梳狀反射峰44、45的反射波長重疊(如圖7)。然后，對相位耦合部分13進(jìn)行調(diào)節(jié)以便使重疊的梳狀反射峰的反射相干相長，光子在該波長產(chǎn)生最大的反饋和最低的損耗，而來自其它梳狀反射峰的反饋由于強(qiáng)度不足不能產(chǎn)生激光。接著通過同步調(diào)諧兩個重疊的梳狀反射峰的波長，并伴以相應(yīng)的相位耦合及相位控制調(diào)節(jié)，也可實(shí)現(xiàn)激光器的激光波長的分步或連續(xù)調(diào)諧，整個調(diào)諧過程和實(shí)施例一是相同的。如圖8所示，本發(fā)明實(shí)施方式四的結(jié)構(gòu)原理圖，本實(shí)施方式結(jié)構(gòu)和實(shí)施例一基本相同，不同之處在于，不同之處在于第一反射鏡11由反射波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵111、112、113組合而成，第一反射鏡區(qū)段的電極71、71'、72、72'、73、73'對稱分設(shè)于每個波導(dǎo)布拉格光柵的波導(dǎo)芯兩側(cè)；第二反射鏡14由反射波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵141、142、143組合而成，第二反射鏡區(qū)段的電極91、9Γ ,92,92' ,93,93'對稱分設(shè)于每個波導(dǎo)布拉格光柵的波導(dǎo)芯兩側(cè)。如圖9所示，第一反射鏡區(qū)段各布拉格光柵的反射峰 61、63、65、67、69波長分布與第二反射鏡區(qū)段各布拉格光柵的反射峰60、62、64、66、68波長分布不同，可以相接近；各對應(yīng)反射峰60、61 ；62,63 ；64,65 ；66,67 ；68、69之間的強(qiáng)度相接近。本實(shí)施例從兩個反射鏡的反射譜選中一對波長相近的反射峰62、63來進(jìn)行調(diào)諧。首先，通過微調(diào)其中一個反射鏡，來實(shí)現(xiàn)選中的一對反射峰62、63的反射波長重疊(如圖10)。然后，對相位耦合部分13進(jìn)行調(diào)節(jié)以便使重疊的反射峰的反射相干相長，光子在該波長產(chǎn)生最大的反饋和最低的損耗，而來自其它反射峰的反饋由于強(qiáng)度不足不能產(chǎn)生激光。接著通過同步調(diào)諧兩個重疊的反射峰的波長，并伴以相應(yīng)的相位耦合及相位控制調(diào)節(jié)，也可實(shí)現(xiàn)激光器的激光波長的分步或連續(xù)調(diào)諧，整個調(diào)諧過程和實(shí)施例一是相同的。本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，根據(jù)上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1.一種基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，其特征在于包括用于產(chǎn)生寬帶自發(fā)輻射光子的有源增益芯片，用于外腔反饋及產(chǎn)生可調(diào)諧波長的無源光子芯片，有源增益芯片和無源光子芯片內(nèi)各具有光波導(dǎo)，兩個芯片經(jīng)波導(dǎo)芯耦合對接；無源光子芯片上的波導(dǎo)包括一個激光相位控制部分和復(fù)合波導(dǎo)反射鏡部分，激光相位控制部分設(shè)有對應(yīng)的用于改變波導(dǎo)折射率的電極；復(fù)合波導(dǎo)反射鏡部分依次包含第一反射鏡區(qū)段、相位耦合區(qū)段和第二反射鏡區(qū)段，每個區(qū)段均設(shè)有對應(yīng)的用于改變波導(dǎo)折射率的電極；通過擇一改變第一反射鏡區(qū)段、或第二反射鏡區(qū)段的波導(dǎo)折射率，兩個反射鏡區(qū)段的反射峰分布中的波長位置隨之改變；選擇性地使兩個反射鏡區(qū)段反射峰分布中的某一波長處于重疊，再改變相位耦合區(qū)段的波導(dǎo)折射率，使光子在該重疊處波長獲得最大反射，并進(jìn)一步調(diào)節(jié)相位控制部分，在該波長產(chǎn)生激光；通過重復(fù)第一反射鏡區(qū)段和第二反射鏡區(qū)段的其余反射峰的重疊，并相應(yīng)調(diào)節(jié)相位耦合區(qū)段和激光相位部分，從而實(shí)現(xiàn)激光輸出波長的步幅式調(diào)諧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，其特征在于所述第一反射鏡選用一個取樣光柵或一個超結(jié)構(gòu)光柵；所述第二反射鏡由至少兩個中心波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵組合而成，第二反射鏡區(qū)段的電極對應(yīng)分設(shè)于每個波導(dǎo)布拉格光柵的波導(dǎo)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，其特征在于所述第一反射鏡由至少兩個中心波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵組合而成，第一反射鏡區(qū)段的電極對應(yīng)分設(shè)于每個波導(dǎo)布拉格光柵的波導(dǎo)上；所述第二反射鏡選用一個取樣光柵或一個超結(jié)構(gòu)光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，其特征在于所述第一反射鏡和第二反射鏡均選用取樣光柵或超結(jié)構(gòu)光柵；第一反射鏡和第二反射鏡具有不同的梳狀反射峰分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，其特征在于所述第一反射鏡由至少兩個中心波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵組合而成，第一反射鏡區(qū)段的電極對應(yīng)分設(shè)于每個波導(dǎo)布拉格光柵的波導(dǎo)上；所述第二反射鏡也由至少兩個中心波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵組合而成，第二反射鏡區(qū)段的電極對應(yīng)分設(shè)于每個波導(dǎo)布拉格光柵的波導(dǎo)上；第一反射鏡和第二反射鏡具有不同的反射峰分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，其特征在于所述相位控制部分位于增益芯片和復(fù)合波導(dǎo)反射鏡部分之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，其特征在于所述增益芯片與無源光子芯片的耦合端面鍍有抗反射膜，增益芯片的另一端面鍍有高反射膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，其特征在于無源光子芯片上的波導(dǎo)相位控制部分和復(fù)合波導(dǎo)反射鏡部分的電極設(shè)于波導(dǎo)芯的上包層的表面；或者設(shè)于波導(dǎo)芯兩側(cè)的波導(dǎo)包層表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，其特征在于所述波導(dǎo)布拉格光柵的數(shù)量與取樣光柵(SG)或超結(jié)構(gòu)光柵(SSG)的梳狀分布中的反射峰數(shù)量匹配；各波導(dǎo)布拉格光柵組成的反射峰波長分布及反射強(qiáng)度均接近于取樣光柵(SG)或超結(jié)構(gòu)光柵(SSG)的梳狀反射峰。
10.一種基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，其特征在于包括用于產(chǎn)生寬帶自發(fā)輻射光子的有源增益芯片，用于外腔反饋及產(chǎn)生可調(diào)諧波長的無源光子芯片， 有源增益芯片和無源光子芯片內(nèi)各具有光波導(dǎo)，兩個芯片經(jīng)波導(dǎo)芯耦合對接；無源光子芯片上的波導(dǎo)包括一個激光相位控制部分和復(fù)合波導(dǎo)反射鏡部分，激光相位控制部分設(shè)有對應(yīng)的用于改變波導(dǎo)折射率的電極；復(fù)合波導(dǎo)反射鏡部分依次包含第一反射鏡區(qū)段、相位耦合區(qū)段和第二反射鏡區(qū)段，每個區(qū)段均設(shè)有對應(yīng)的用于改變波導(dǎo)折射率的電極；通過擇一改變第一反射鏡區(qū)段、或第二反射鏡區(qū)段的波導(dǎo)折射率，兩個反射鏡區(qū)段的反射峰分布中的波長位置隨之改變；選擇性地使兩個反射鏡區(qū)段反射峰分布中的某一波長處于重疊，再改變相位耦合區(qū)段的波導(dǎo)折射率，使光子在該重疊處波長獲得最大反射，并進(jìn)一步調(diào)節(jié)相位控制部分，在該波長產(chǎn)生激光；在上述某一波長處于重疊的基礎(chǔ)上，再同步改變兩個反射鏡區(qū)段和相位耦合區(qū)段的波導(dǎo)折射率，使上述重疊處兩個反射峰的波長位置同步移動，產(chǎn)生波峰重疊處波長的連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)輸出激光波長的連續(xù)式調(diào)諧。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，其特征在于所述第一反射鏡選用一個取樣光柵或一個超結(jié)構(gòu)光柵；所述第二反射鏡由至少兩個中心波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵組合而成，第二反射鏡區(qū)段的電極對應(yīng)分設(shè)于每個波導(dǎo)布拉格光柵的波導(dǎo)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，其特征在于所述第一反射鏡由至少兩個中心波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵組合而成，第一反射鏡區(qū)段的電極對應(yīng)分設(shè)于每個波導(dǎo)布拉格光柵的波導(dǎo)上；所述第二反射鏡選用一個取樣光柵或一個超結(jié)構(gòu)光柵。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，其特征在于所述第一反射鏡和第二反射鏡均選用取樣光柵或超結(jié)構(gòu)光柵；第一反射鏡和第二反射鏡具有不同的梳狀反射峰分布。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，其特征在于所述第一反射鏡由至少兩個中心波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵組合而成，第一反射鏡區(qū)段的電極對應(yīng)分設(shè)于每個波導(dǎo)布拉格光柵的波導(dǎo)上；所述第二反射鏡也由至少兩個中心波長各不相同的波導(dǎo)布拉格光柵組合而成，第二反射鏡區(qū)段的電極對應(yīng)分設(shè)于每個波導(dǎo)布拉格光柵的波導(dǎo)上；第一反射鏡和第二反射鏡具有不同的反射峰分布。
15.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，其特征在于所述波導(dǎo)布拉格光柵的數(shù)量與取樣光柵或超結(jié)構(gòu)光柵的梳狀分布中的反射峰數(shù)量匹配；各波導(dǎo)布拉格光柵組成的反射峰波長分布及反射強(qiáng)度均接近于取樣光柵或超結(jié)構(gòu)光柵的梳狀反射峰。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于相位耦合反射光柵反饋的波長可調(diào)諧激光器，包括有源增益芯片，無源光子芯片，有源增益芯片和無源光子芯片內(nèi)各具有光波導(dǎo)，兩個芯片經(jīng)波導(dǎo)芯耦合對接；無源光子芯片上的波導(dǎo)包括激光相位控制部分和復(fù)合波導(dǎo)反射鏡部分；復(fù)合波導(dǎo)反射鏡部分依次包含第一反射鏡區(qū)段、相位耦合區(qū)段和第二反射鏡區(qū)段，每個區(qū)段均設(shè)有對應(yīng)的用于改變波導(dǎo)折射率的電極；通過擇一或同時改變第一反射鏡區(qū)段、第二反射鏡區(qū)段的波導(dǎo)折射率，兩個反射鏡區(qū)段的反射峰分布的波長位置隨之改變。本發(fā)明可以持續(xù)地或有選擇地改變輸出波長，實(shí)現(xiàn)激光輸出波長的步幅式或連續(xù)式調(diào)諧，并可覆蓋很寬的波長范圍。
文檔編號H01S5/14GK102412504SQ201110379639
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者李若林 申請人:李若林