一种可调谐锁模激光器

1.本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种可调谐锁模激光器。


背景技术：

2.集成半导体锁模激光器在光通信网络、电子、激光器显示等对成本十分敏感的领域具有非常高的吸引力。然而，现有技术中采用sin无源芯片作为锁模激光器的扩展腔，有以下问题：由于sin材料的热光系数较低，因此相位调制器的热调谐效率大大降低，同时sin基布拉格反射镜的热调谐效率也较低，这使得锁模激光器的可调谐性较差，这对光网络和wdm系统的应用非常不利。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供了一种可调谐锁模激光器，采用了硅基无源外腔芯片作为混合集成锁模激光器的无源外腔，si材料的热光系数较高，通过控制相位调制器调谐激光器的谐振波长，通过控制光延迟线长度调制重复频率，实现具有较大调谐范围的混合集成锁模激光器，在光网络和wdm系统中具有吸引力。
4.本发明实施例提供了一种可调谐锁模激光器，包括增益芯片和硅基无源外腔芯片，所述增益芯片的输出端与所述硅基无源外腔芯片的输入端对接耦合；
5.所述增益芯片包括饱和吸收体区和增益区，所述饱和吸收体区和所述增益区在外部调制信号的驱动下锁模，输出脉冲激光；
6.所述硅基无源外腔芯片包括光延迟线和相位调制器，所述脉冲激光经过所述光延迟线和所述相位调制器调制后输出；
7.其中，所述光延迟线的长度调制所述可调谐锁模激光器的重复频率；
8.所述相位调制器调谐所述可调谐锁模激光器的输出波长。
9.可选的，所述硅基无源外腔芯片还包括设置于输出端的布拉格光栅反射镜，所述布拉格光栅反射镜在所述硅基无源外腔芯片上构成f-p腔，所述布拉格光栅反射镜用于滤除增益范围之外波长的光。
10.可选的，所述硅基无源外腔芯片还包括加热器，所述加热器用于调节所述相位调制器和所述布拉格光栅反射镜的温度。
11.可选的，所述硅基无源外腔芯片包括绝缘体上硅芯片，所述绝缘体上硅芯片包括条形波导结构，所述光延迟线、所述相位调制器和所述布拉格光栅反射镜通过所述条形波导结构连接。
12.可选的，所述增益芯片和所述硅基无源外腔芯片放置在三维光学平台或六维光学平台上，所述增益芯片的输出端与所述硅基无源外腔芯片的输入端通过所述三维光学平台或所述六维光学平台动态对准。
13.可选的，所述增益芯片的输出端与所述硅基无源外腔芯片的输入端的对接界面呈预设倾斜角度设置。
14.可选的，所述预设倾斜角度大于或等于5
°
，小于或等于15
°
。
15.可选的，所述增益芯片的输出端与所述硅基无源外腔芯片的输入端的对接界面设置有增透膜。
16.可选的，所述增益芯片包括基于ingaasp/inp材料体系的ⅲ/
ⅴ
族增益芯片。
17.可选的，所述外部调制信号包括向所述饱和吸收体区施加的反向电压信号，以及向所述增益区施加的正向电流信号。
18.本发明实施例提供的可调谐锁模激光器，包括增益芯片和硅基无源外腔芯片，增益芯片的输出端与硅基无源外腔芯片的输入端对接耦合；增益芯片包括饱和吸收体区和增益区，饱和吸收体区和增益区在外部调制信号的驱动下锁模，输出脉冲激光；硅基无源外腔芯片包括光延迟线和相位调制器，脉冲激光经过光延迟线和所述相位调制器调制后输出；其中，光延迟线的长度调制可调谐锁模激光器的重复频率；相位调制器调谐可调谐锁模激光器的输出波长。通过设置增益芯片产生锁模激光，通过硅基无源外腔芯片调制后输出，其中增益部分和无源波导部分由两个单独芯片组成。通过采用热光吸收较高的硅基材料形成无源外腔，通过控制相位调制器调谐激光器的谐振波长，通过控制光延迟线长度调制重复频率，实现具有较大调谐范围的混合集成锁模激光器，在光网络和wdm系统中具有吸引力。
19.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例提供的一种可调谐锁模激光器的结构示意图；
22.图2为本发明实施例提供的另一种可调谐锁模激光器的结构示意图。
具体实施方式
23.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
24.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
25.图1为本发明实施例提供的一种可调谐锁模激光器的结构示意图，参考图1，该可调谐锁模激光器包括增益芯片1和硅基无源外腔芯片2，增益芯片1的输出端11与硅基无源外腔芯片2的输入端21对接耦合；增益芯片1包括饱和吸收体区3和增益区4，饱和吸收体区3和增益区4在外部调制信号的驱动下锁模，输出脉冲激光；硅基无源外腔芯片2包括光延迟线5和相位调制器6，脉冲激光经过光延迟线5和相位调制器6调制后输出；其中，光延迟线5的长度调制可调谐锁模激光器的重复频率；相位调制器6调谐可调谐锁模激光器的输出波长。
26.其中，增益芯片1能够产生锁模脉冲，在某一实施例中，可选的，增益芯片1包括基于ingaasp/inp材料体系的ⅲ/
ⅴ
族增益芯片，适合光纤通讯的1310nm和1550nm波段。增益芯片1采用浅脊波导结构制造，包括饱和吸收体区3和增益区4。饱和吸收体区3与增益区4通过离子注入的方式进行电隔离，饱和吸收体区3和增益区4长度比例控制在10％左右。当产生脉冲激光时，可选的，外部调制信号包括向饱和吸收体区3施加的反向电压信号，以及向增益区4施加正向电流信号，作为被动锁模的启动机制，通过对反向偏压和正向电流进行扫描即可找到锁模最佳工作点。
27.硅基无源外腔芯片2可以为绝缘体上硅芯片soi，增益芯片1的输出端11和硅基无源芯片2的输入端21对接耦合形成混合集成的锁模激光器。可以理解的是，重复频率是锁模激光器的关键参数之一，其和腔长呈反比，通过对锁模激光器重复频率的需求确定光延迟线5的长度；相位调制器6可以对混合集成锁模激光器的谐振波长进行调谐。
28.本发明实施例的技术方案，通过设置增益芯片产生锁模激光，通过硅基无源外腔芯片调制后输出，其中增益部分和无源波导部分由两个单独芯片组成。通过采用热光吸收较高的硅基材料形成无源外腔，通过控制相位调制器调谐激光器的谐振波长，通过控制光延迟线长度调制重复频率，实现具有较大调谐范围的混合集成锁模激光器，在光网络和wdm系统中具有吸引力。
29.图2为本发明实施例提供的另一种可调谐锁模激光器的结构示意图，参考图2，可选的，硅基无源外腔芯片2还包括设置于输出端的布拉格光栅反射镜7，布拉格光栅反射镜7在硅基无源外腔芯片2上构成f-p腔，布拉格光栅反射镜7用于滤除增益范围之外波长的光。
30.可选的，硅基无源外腔芯片2还包括加热器，加热器用于调节相位调制器6和布拉格光栅反射镜7的温度。
31.示例性的，继续参考图2，硅基无源外腔芯片2还包括加热器8、电压探针9和金属线10，点压探针9通过金属线10与相位调制器6和布拉格光栅上的加热器8连接，通过热调谐相位调制器和布拉格光栅，改变谐振波长和布拉格波长，可以实现具有较宽调谐范围的混合集成锁模激光器.
32.具体的，布拉格光栅反射镜7采用条形波导布拉格光栅结构，同时起到腔内滤波和构成f-p腔的作用，工艺中在布拉格光栅反射镜上制作加热器，通过控制加热器温度实现布拉格波长的可调谐。同时对相位调制器和布拉格光栅反射镜进行热调谐，改变谐振波长和布拉格中心波长，即可实现较大调谐范围的混合集成锁模激光器。
33.可选的，硅基无源外腔芯片2包括绝缘体上硅芯片，绝缘体上硅芯片包括条形波导结构，光延迟线5、相位调制器6和布拉格光栅反射镜7通过条形波导结构连接。
34.本发明实施例的技术方案，增益芯片和硅基无源外腔芯片对接耦合，为了提升耦
合效率，可以采用动态耦合的方式。在某一实施例中，可选的，增益芯片和硅基无源外腔芯片放置在三维光学平台或六维光学平台上，增益芯片的输出端与硅基无源外腔芯片的输入端通过三维光学平台或六维光学平台动态对准。
35.由于混合集成锁模激光器对对接界面的反射十分敏感，为了减小对接界面的反射，可选的，增益芯片的输出端与硅基无源外腔芯片的输入端的对接界面呈预设倾斜角度设置。可选的，预设倾斜角度大于或等于5
°
，小于或等于15
°
，具体实施时可以根据实际情况设计，本发明实施例对此不作限定。
36.为了进一步减小反射，可选的，增益芯片的输出端与硅基无源外腔芯片的输入端的对接界面设置有增透膜(ar-coating)。
37.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

技术特征：
1.一种可调谐锁模激光器，其特征在于，包括增益芯片和硅基无源外腔芯片，所述增益芯片的输出端与所述硅基无源外腔芯片的输入端对接耦合；所述增益芯片包括饱和吸收体区和增益区，所述饱和吸收体区和所述增益区在外部调制信号的驱动下锁模，输出脉冲激光；所述硅基无源外腔芯片包括光延迟线和相位调制器，所述脉冲激光经过所述光延迟线和所述相位调制器调制后输出；其中，所述光延迟线的长度调制所述可调谐锁模激光器的重复频率；所述相位调制器调谐所述可调谐锁模激光器的输出波长。2.根据权利要求1所述的可调谐锁模激光器，其特征在于，所述硅基无源外腔芯片还包括设置于输出端的布拉格光栅反射镜，所述布拉格光栅反射镜在所述硅基无源外腔芯片上构成f-p腔，所述布拉格光栅反射镜用于滤除增益范围之外波长的光。3.根据权利要求2所述的可调谐锁模激光器，其特征在于，所述硅基无源外腔芯片还包括加热器，所述加热器用于调节所述相位调制器和所述布拉格光栅反射镜的温度。4.根据权利要求2所述的可调谐锁模激光器，其特征在于，所述硅基无源外腔芯片包括绝缘体上硅芯片，所述绝缘体上硅芯片包括条形波导结构，所述光延迟线、所述相位调制器和所述布拉格光栅反射镜通过所述条形波导结构连接。5.根据权利要求1所述的可调谐锁模激光器，其特征在于，所述增益芯片和所述硅基无源外腔芯片放置在三维光学平台或六维光学平台上，所述增益芯片的输出端与所述硅基无源外腔芯片的输入端通过所述三维光学平台或所述六维光学平台动态对准。6.根据权利要求1所述的可调谐锁模激光器，其特征在于，所述增益芯片的输出端与所述硅基无源外腔芯片的输入端的对接界面呈预设倾斜角度设置。7.根据权利要求6所述的可调谐锁模激光器，其特征在于，所述预设倾斜角度大于或等于5
°
，小于或等于15
°
。8.根据权利要求1所述的可调谐锁模激光器，其特征在于，所述增益芯片的输出端与所述硅基无源外腔芯片的输入端的对接界面设置有增透膜。9.根据权利要求1所述的可调谐锁模激光器，其特征在于，所述增益芯片包括基于ingaasp/inp材料体系的ⅲ/
ⅴ
族增益芯片。10.根据权利要求1所述的可调谐锁模激光器，其特征在于，所述外部调制信号包括向所述饱和吸收体区施加的反向电压信号，以及向所述增益区施加的正向电流信号。

技术总结
本发明实施例公开了一种可调谐锁模激光器。可调谐锁模激光器包括增益芯片和硅基无源外腔芯片，增益芯片的输出端与硅基无源外腔芯片的输入端对接耦合；增益芯片包括饱和吸收体区和增益区，饱和吸收体区和增益区在外部调制信号的驱动下锁模，输出脉冲激光；硅基无源外腔芯片包括光延迟线和相位调制器，脉冲激光经过光延迟线和相位调制器调制后输出；其中，光延迟线的长度调制可调谐锁模激光器的重复频率；相位调制器调谐所述可调谐锁模激光器的输出波长。本发明实施例通过控制相位调制器谐振波长，通过控制光延迟线长度调制重复频率，实现具有较大调谐范围的混合集成锁模激光器，在光网络和WDM系统中具有吸引力。光网络和WDM系统中具有吸引力。光网络和WDM系统中具有吸引力。


技术研发人员：杜旭东 宫敏 吉晨
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/8/31