一種寬帶可調諧雷射器的製造方法

2023-10-11 05:46:44

一種寬帶可調諧雷射器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種寬帶可調諧雷射器，包括無源光波導晶片、半導體寬帶增益管芯，所述無源光波導晶片中包括設置有具有不同自由光譜範圍的第一波導選擇光柵和第二波導選擇光柵的光波導結構，第一波導選擇光柵和第二波導選擇光柵的相應位置設置有產生和/或控制其熱光和/或電光效應波長的相位調控電極，波長和相位調控電極；第一波導選擇光柵和半導體寬帶增益管芯後端面構成雷射諧振腔，第一波導選擇光柵和第二波導選擇光柵則構成另一個獨立的諧振腔，該獨立諧振腔中通過第一波導選擇光柵和第二波導波擇光柵的熱光和/或電光效應來調整實現在較寬波長範圍內唯一的共振波長；本發明裝置具有大波長調諧範圍、工藝簡單和穩定性高的優點。
【專利說明】一種寬帶可調諧雷射器

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種具有大範圍波長調諧功能的低成本混合集成可調雷射器技術，具 體地說是一種採用半導體有源增益晶片與矽基光波導器件晶片混合集成的大範圍波長調 諧外腔雷射器，本發明屬於通信領域。

【背景技術】
[0002] 隨著光通信和光傳感技術和應用的發展，對於寬帶可調諧雷射器的需求正不斷增 長，市場規模巨大。波導選擇光柵技術採用超周期的光柵結構避免了單一布拉格光柵波長 選擇範圍小的缺點，是實現大範圍波長選擇調諧的一項關鍵技術，採用波導選擇光柵技術 的單片集成寬帶可調諧光源（SGDBR)已成功用於光纖通信和光纖傳感系統。然而，這種單 片集成可調諧雷射器由於材料工藝的兼容性問題始終難以實現低成本大規模的生產；同 時，工藝兼容性問題也嚴重製約了在這種可調諧雷射器基礎上進一步集成，諸如光調製器 甚至高速電路等，更多功能器件，難以向高密度光子和光電集成產品技術方向發展。矽基光 子和光電集成技術近些年取得了長足的發展，其中在矽基高速調製器上取得了最大進展， 通過加上普通的光波導器件，光電探測和高速信號放大等成熟器件技術在光子和光電集成 產品應用的巨大潛力已經引起了業界的廣泛關注。與基於InP和InGaAs的單片光子集成 技術相比，由於半導體能帶結構限制，矽基光子集成無法製作雷射器，，儘管進行了多年的 努力仍然收效甚微，目前普遍認同的是將III-V族的雷射器增益管芯與矽基光波導晶片混 合集成的方法。在採用矽基集成光子器件與III-V族的雷射器增益管芯的混合集成外腔激 光器的構架時，目前主要有晶片垂直耦合和晶片端面耦合兩種方式，其中晶片垂直耦合方 式工藝精度要求高，實現的難度比較大，其優點是結構比較緊湊，可以實現大範圍的波長調 諧；而晶片端面耦合工藝要求相對簡單，但這種結構目前通常只針對一些小範圍調諧要求 的應用，在針對大範圍波長調諧雷射器的應用方面還未有很大突破。本工作提出一種採用 雙選擇光柵的外腔波導混合集成寬帶可調諧雷射器結構，避免了採用III-V單片集成的復 雜工藝限制，也克服了目前III-V族增益管芯與矽基布拉格光柵波導晶片混合集成雷射器 所導致的調諧範圍小的缺點；並且通過合理設計光波導器件結構，該型寬帶可調諧雷射器 還可以與矽基高速調製器進一步集成，構成一種低成本的寬帶多通道可調諧光發射器件。


【發明內容】

[0003] 本發明通過III-V增益晶片與帶有雙選擇光柵器件的矽基光波導晶片的端面耦 合方式，得到一種混合集成的大範圍可調諧雷射器，並且該器件結構可以進一步集成更多 其它功能的光子器件。
[0004] 本發明採用的技術方案是：
[0005] -種寬帶可調諧雷射器，包括無源光波導晶片、半導體寬帶增益管芯，所述無源光 波導晶片中包括具有至少一個光波導傳播通道的光波導結構；所述無源光波導晶片的光波 導結構的一個輸入端與半導體寬帶增益管芯進行端面耦合；所述光波導結構上設置有具有 不同自由光譜範圍的第一波導選擇光柵和第二波導選擇光柵，所述第一波導選擇光柵和第 二波導選擇光柵的相應位置設置有波長和相位調控電極，所述波長和相位調控電極能夠產 生和/或控制相應位置處第一波導選擇光柵和第二波導波擇光柵的熱光和/或電光效應； 所述第一波導選擇光柵和第二波導選擇光柵分別屬於至少兩個不同的雷射諧振腔，至少兩 個雷射諧振腔相耦合以得到在較寬波長範圍內唯一共振波長，通過第一波導選擇光柵和第 二波導波擇光柵的熱光和/或電光效應來實現所述唯一共振波長的調整，從而實現所述寬 帶可調諧雷射器的波長調諧。
[0006] 所述無源光波導晶片為娃基光波導晶片，所述第一波導選擇光柵和第二波導選擇 光柵分別為具有兩種周期長度的超結構光柵。
[0007] 所述寬帶可調諧雷射器進一步包括耦合透鏡、光隔離器、光分波器、光波長鎖定 器、控制和驅動組件；所述光波導結構的一個輸出端通過耦合透鏡和光隔離器串行連接到 光分波器，光分波器分出的一個光路上設置光波長鎖定器；控制和驅動組件同半導體增益 管芯、無源光波導晶片、光波長鎖定器、波長和相位調控電極相連，控制和驅動組件調節第 一波導選擇光柵和第二波導選擇光柵的自由譜光譜範圍直至所述雷射諧振腔僅允許一個 單一波長的諧振，從而實現雷射波長調諧功能。
[0008] 所述光波導結構是光波導方向f禹合器，所述光波導方向f禹合器具有兩個輸入端和 兩個輸出端，所述第一波導選擇光柵設置於所述光波導方向f禹合器一個埠分支處，所述 第二波導選擇光柵設置於所述光波導方向稱合器另一埠分支處；第一波導選擇光柵和半 導體寬帶增益管芯的後端面構成一個雷射諧振腔，第一波導選擇光柵和第二波導選擇光柵 則構成另一個獨立的雷射諧振腔；兩個雷射諧振腔相耦合以實現大範圍波長調諧功能。
[0009] 所述光波導結構是光波導X結分支器，所述光波導X結分支器具有兩個輸入端和 兩個輸出端，所述第一波導選擇光柵設置於所述光波導X結分支器一個埠分支處，所述 第二波導選擇光柵設置於所述光波導X結分支器另一埠分支處；第一波導選擇光柵和半 導體寬帶增益管芯的後端面構成一個雷射諧振腔，第一波導選擇光柵和第二波導選擇光柵 則構成另一個獨立的雷射諧振腔；兩個雷射諧振腔相耦合以實現大範圍波長調諧功能。 [0010] 所述光波導結構是光波導Y分支器，所述光波導Y分支器具有一個合波端和兩個 分波端，所述第一波導選擇光柵和所述第二波導選擇光柵分別設置於兩個分波端處；第一 波導選擇光柵和第二波導選擇光柵分別與半導體寬帶增益管芯的後端面構成雷射諧振腔； 所構成的兩個雷射諧振腔相耦合以實現大範圍波長調諧功能。
[0011] 所述光波導結構是單模直光波導，所述第一波導選擇光柵和所述第二波導選擇光 柵串行放置在所述單模直光波導上；第一波導選擇光柵和第二波導選擇光柵與半導體增益 管芯後端面共同構成一個複合的雷射諧振腔，該複合的雷射諧振腔在較寬的波長範圍內僅 允許一個單一波長的諧振以實現大範圍波長調諧功能。
[0012] 所述第一波導選擇光柵和第二波導選擇光柵採用能實現寬帶範圍的平坦反射光 譜的波導選擇光柵。
[0013] 所述光波長鎖定器採用可連續調正中心波長的標準具。
[0014] 所述光波導結構的雷射輸出端集成設置有波導光功率分支器，波導光功率分支器 之間設置有矽基光調製器。
[0015] 本發明具有以下優點和積極效果：
[0016] ①通過有源增益管芯和矽基波導晶片端面耦合的混合集成方法構建低成本的寬 帶可調諧外腔雷射器
[0017] ②採用雙波導選擇光柵的端面耦合外腔雷射器結構，通過雙波導選擇光柵的共振 波長選擇特性，克服了端面耦合外腔雷射器腔長過長，腔模間隔小，在較大的波長範圍內工 作情況下模式不容易穩定的缺點。
[0018] ③通過採用光波導器件端輸出結構的外腔雷射器，在構成寬帶可調諧外腔雷射器 結構的同時，其單模光波導輸出結構為串行集成其他功能的矽基光子器件提供了可能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明的基於雙波導光柵共振調諧的寬帶可調諧雷射器原理框圖；
[0020] 圖2為本發明的波導選擇光柵反射光譜及雙光柵寬帶選頻原理；
[0021] 圖3為本發明採用的方向耦合器和雙選擇光柵諧振濾波的正向輸出可調諧雷射 器結構圖；
[0022] 圖4為本發明採用的X結分支器和雙選擇光柵諧振濾波的正向輸出可調諧雷射器 結構圖；
[0023] 圖5為本發明採用的方向耦合器和雙選擇光柵共振選頻的反向輸出可調諧雷射 器結構圖；
[0024] 圖6為本發明採用的X結分支器和雙選擇光柵共振選頻的反向輸出可調諧雷射器 結構圖；
[0025] 圖7為本發明採用的Y分支器和雙選擇光柵共振選頻的可調諧雷射器結構圖；
[0026] 圖8為本發明採用的直條光波導和串行雙選擇光柵共振選頻的可調諧雷射器結 構圖；
[0027] 圖9為本發明基於矽基光波導的混合集成可調雷射發射機原理結構；
[0028] 其中：
[0029] 1 一無源光波導晶片；
[0030] 1-1 一光波導方向耦合器，1-1' 一光波導X結分支器，1-Γ 一光波導Y分支器
[0031] 1-2-第一波導選擇光柵
[0032] 1-3-第二波導選擇光柵
[0033] 1-4 一波長和相位調控電極
[0034] 1-5-波導光功率分支器
[0035] 1-6一第一娃基光調製器
[0036] 1-7-第二矽基光調製器
[0037] 2-半導體增益管芯；
[0038] 3-稱合透鏡；
[0039] 4 一光隔離器；
[0040] 5-光分波器；
[0041] 6-光波長鎖定器；
[0042] 7-控制和驅動組件；

【具體實施方式】
[0043] 下面結合附圖和實施例進一步說明。
[0044] 圖1是一種基於雙波導光柵共振調諧的寬帶可調諧雷射器原理框圖，其中，雷射 諧振腔部分由矽基光波導晶片1和III-V族雷射器的寬帶增益管芯2通過端面耦合方式構 成。在娃基光波導晶片1中米用了一種光波導方向f禹合器1-1結構，光波導方向f禹合器1-1 的構建方式為，光波導方向耦合器1-1的一個分支的輸入端與半導體增益管芯2耦合，同一 分支的輸出端作為雷射器的光輸出端，另一分支的輸入端和輸出端上分別放置第一波導選 擇光柵1-2和第二波導選擇光柵1-3,由第一波導選擇光柵1-2和半導體增益管芯2的後端 面構成雷射諧振腔，而第一波導選擇光柵1-2和第二波導選擇光柵1-3則構成另一個獨立 的諧振腔，該獨立諧振腔具有唯一的共振波長；所述第一波導選擇光柵1-2和第二波導選 擇光柵1-3的相應位置設置有波長和相位調控電極1-4。波長和相位調控電極1-4來產生 和/或控制相應位置處的第一波導選擇光柵1-2和第二波導波擇光柵1-3的熱光或電光效 應；該獨立的諧振腔中通過第一波導選擇光柵1-2和第二波導波擇光柵1-3的熱光或電光 效應來調整實現在較寬波長範圍內唯一的共振波長，顯然，這個唯一的共振波長可以在第 一波導選擇光柵1-2和第二波導選擇光柵1-3覆蓋的波長範圍內連續調諧，其具體調諧方 式在下面進行詳細描述；正是通過該獨立諧振腔與雷射諧振腔的耦合，該端面耦合混合集 成雷射器得以實現大範圍波長調諧功能。
[0045] 本發明在雷射器的輸出端通過耦合透鏡3連接光隔離器4,光隔離器4之後採用光 分波器5將一部分輸出光分離到旁路的光波長鎖定器6輸入埠，實現對雷射器輸出光功 率和波長偏移量的監測，並通過控制和驅動組件7中的反饋控制器確保雷射器工作在正確 的波長。該光波長鎖定器6基於ITU-T標準具和光功率檢測的原理，通過光波長鎖定器6 監測到的波長漂移進行反饋控制，從而實現雷射器波長的穩定性；為了適應可調雷射器靈 活柵格工作的要求，可以採用可連續調正中心波長的標準具來實現該光波長鎖定器6的功 能，從而可以滿足雷射器靈活柵格工作的要求。
[0046] 圖2a是對第一波導選擇光柵1-2和第二波導選擇光柵1-3結構和獨立諧振腔波 長選擇原理的描述。第一波導選擇光柵1-2和第二波導選擇光柵1-3分別為具有兩種周 期長度的超結構光柵，如圖2a所示，對於寬帶光信號的反射具有梳狀光譜特徵。在技術上 可以通過優化超結構光柵的各種設計和工藝，比如圖2a中超結構光柵中Ai與Λ 2的比例 大小，Ai與Λ2的重複周期數，以及周期部份的調製深度等，使之具有在較寬的波長範圍內 具有平坦的梳狀光譜特徵，如圖2b，所示。圖2b不進一步描述了具有兩個不同的FSR (free spectrum ranger自由光譜範圍）的第一波導選擇光柵1-2和第二波導選擇光柵1-3的寬 帶選頻原理：在第一波導選擇光柵1-2的FSR - 1與第二波導選擇光柵1-3的FSR - 2之 間的差以及梳狀通帶光譜帶寬合適的情況下，實現在較寬波長範圍內唯一的共振波長，如 圖2b所示；為了實現調諧，在矽基光波導中，可以通過波長和相位調控電極1-4產生和/或 控制下的熱光或電光效應調整光波導材料的有效折射率，從而使第一波導選擇光柵1-2和 第二波導選擇光柵1-3的等效周期發生變化，也就是各自的FSR和相關聯的相位作相應調 整和改變，實現在寬帶範圍內不同波長處的共振。
[0047] 本發明在單模矽基光波導典型器件結構基礎上可以形成多種不同的外腔結構，從 而實現針對不同應用需求的不同外腔雷射器結構。同時本發明利用矽基光波導晶片中實現 大範圍可調光濾波選擇的特性，使外腔雷射器具有大範圍波長可調諧功能。
[0048] 圖3a和圖3b為一種採用方向耦合器和雙選擇光柵諧振濾波的正向輸出可調諧激 光器的兩種結構，如圖3a和圖3b的功能結構或工作原理是一致的，僅僅是導波路徑有不 同。如圖3a和圖3b所示，光波導方向耦合器1-1的一個輸入端與半導體增益管芯2直接 奉禹合，光波導方向f禹合器1-1的一個輸出端為雷射器輸出端，兩個波導選擇光柵，即第一波 導選擇光柵1-2和第二波導選擇光柵1-3分別位於方向耦合器的另外兩個埠分支上，這 兩個波導選擇光柵形成一個分支的諧振濾波腔。第一波導選擇光柵1-2和半導體寬帶增益 管芯2的後端面構成一個雷射諧振腔，第一波導選擇光柵1-2和第二波導選擇光柵1-3則 構成另一個獨立的雷射諧振腔；兩個雷射諧振腔相耦合以實現大範圍波長調諧功能。通過 採用兩個具有不同FSR的波導選擇光柵，並通過熱光或電光等效應適當調節控制兩個波導 選擇光柵的FSR，使得這個分支的諧振濾波腔在較寬的波長範圍內僅允許一個單一波長的 諧振，並且可以調諧到波長範圍內任意波長；這兩個波導選擇光柵中的一個選擇光柵通過 方向耦合器與半導體增益管芯構成雷射諧振腔，通過上述的諧振濾波腔的選頻特性，實現 該雷射器的寬帶可調諧工作特性。關於兩個具有不同FSR的波導選擇光柵與通過熱光或電 光等效應適當調節控制兩個波導選擇光柵的FSR兩種情況說明一下，在圖2中已說明兩個 波導選擇光柵具有不同的FSR是由製作的時候的特殊結構參數△ 1與Λ2決定的，分別是 FSR-1和FSR-2 ;而熱光或電光等效應的調節控制則是通過波長和相位調控電極1-4改變其 附近位置處的溫度場或電場的大小，調節光柵部分材料的折射率來實現對FSR-1和FSR-2 的進一步改變的。
[0049] 圖4a和圖4b為一種米用光波導X結分支器和雙選擇光柵諧振濾波的正向輸出可 調諧雷射器的兩種結構。如圖所示，光波導X結分支器ι-r的一個輸入端與半導體增益管 芯2直接f禹合，光波導X結分支器1-1/的一個輸出端為雷射器輸出端，兩個波導選擇光柵， 即第一波導選擇光柵1-2和第二波導選擇光柵1-3分別位於光波導X結分支器1-1'的另 外兩個埠分支上，第一波導選擇光柵（1-2)和半導體寬帶增益管芯（2)的後端面構成一 個雷射諧振腔，第一波導選擇光柵（1-2)和第二波導選擇光柵（1-3)則構成另一個獨立的 雷射諧振腔；兩個雷射諧振腔相耦合以實現大範圍波長調諧功能。這兩個波導選擇光柵形 成一個分支的諧振濾波腔，通過採用兩個具有不同FSR的波導選擇光柵，並通過熱光或電 光等效應適當調節控制兩個波導選擇光柵的FSR，使得這個分支的諧振濾波腔在較寬的波 長範圍內僅允許一個單一波長的諧振，並且可以調諧到波長範圍內任意波長；這兩個波導 選擇光柵中的一個選擇光柵通過光波導X結分支器與半導體增益管芯構成雷射諧振腔，通 過上述的諧振濾波腔的選頻特性，實現該雷射器的寬帶可調諧工作特性。
[0050] 圖5為一種採用方向耦合器和雙選擇光柵共振選頻的反向輸出可調諧雷射器結 構。如圖所示，方向耦合器的一個埠與半導體增益管芯2直接耦合，另一個同方向埠為 雷射輸出埠，方向耦合器與半導體增益管芯耦合端相對的另兩個埠放置兩個波導選擇 光柵，這兩個波導選擇光柵共同與另一端的半導體增益管芯構成雷射諧振腔，通過採用兩 個具有不同FSR的波導選擇光柵，並通過熱光或電光等效應適當調節控制兩個波導選擇光 柵的FSR，使得雷射諧振腔在較寬的波長範圍內僅允許一個單一波長的諧振，並且可以調諧 到波長範圍內任意波長，實現該雷射器的寬帶可調諧工作特性。
[0051] 圖6為一種採用光波導X結分支器1-1'和雙選擇光柵共振選頻的反向輸出可調 諧雷射器結構。如圖所示，光波導X結分支器1-1'的一個埠與半導體增益管芯2直接耦 合，另一個同方向埠為雷射輸出埠，光波導X結分支器與半導體增益管芯f禹合端相對 的另兩個埠放置兩個波導選擇光柵，這兩個波導選擇光柵共同與另一端的半導體增益管 芯構成雷射諧振腔，通過採用兩個具有不同FSR的波導選擇光柵，並通過熱光或電光等效 應適當調節控制兩個波導選擇光柵的FSR，使得雷射諧振腔在較寬的波長範圍內僅允許一 個單一波長的諧振，並且可以調諧到波長範圍內任意波長，實現該雷射器的寬帶可調諧工 作特性。
[0052] 圖7a和圖7b為一種採用Y分支器和雙選擇光柵共振選頻的可調諧雷射器結構。 如圖所示，Y分支器1-Γ具有一個合波端和兩個分波端，Y分支器的合波埠與半導體增益 管芯2直接耦合，Y分支器的另兩個埠放置兩個波導選擇光柵，雷射器的輸出埠可以選 擇半導體增益管芯一端，也可以選擇γ分支器的另兩個埠的任意一個；這一結構中，兩個 分支結構上的波導選擇光柵共同與另一端的半導體增益管芯構成雷射諧振腔，通過採用兩 個具有不同FSR的波導選擇光柵，並通過熱光或電光等效應適當調節控制兩個波導選擇光 柵的FSR，使得雷射諧振腔在較寬的波長範圍內僅允許一個單一波長的諧振，並且可以調諧 到波長範圍內任意波長，實現該雷射器的寬帶可調諧工作特性。
[0053] 圖8為一種採用直光波導和串行雙選擇光柵共振選頻的可調諧雷射器結構。如圖 所示，直波導的一端與半導體增益管芯2直接耦合，直波導上放置兩個串行布置的波導選 擇光柵，直波導的另一端為雷射器輸出端；這一結構中，兩個波導選擇光柵的反射率可以有 差別，與半導體增益管芯靠近的波導選擇光柵的反射率可偏低，與半導體增益管芯相距較 遠的波導選擇光柵的反射率可偏高，由兩個波導選擇光柵與半導體增益管芯後端面共同構 成一個複合的雷射諧振腔；在兩個具有不同FSR的波導選擇光柵條件下，通過熱光或電光 等效應適當調節控制兩個波導選擇光柵的FSR，使得該雷射諧振腔在較寬的波長範圍內僅 允許一個單一波長的諧振，並且可以調諧到波長範圍內任意波長，實現該結構雷射器的寬 帶可調諧工作特性。
[0054] 本發明還提出在矽基波導器件平臺基礎上進行包括上述波導光柵，光功率分配以 及光調製等功能器件的集成，形成半導體增益管芯和矽基波導晶片混合集成的可調諧光發 射機。所述光波導分路器的雷射輸出端集成設置有波導光功率分支器1-5,波導光功率分 支器1-5之間設置有娃基光調製器。圖9a和圖9b為基於娃基光波導的混合集成可調激 光發射機的兩種結構，圖9a、9b中的波導晶片中第一娃基光調製器1-6和第二娃基光調製 器1-7分別是兩種矽基光調製器的典型結構。如圖所示，由於採用了本發明的光波導端激 光輸出結構，以上的多種波導輸出的可調雷射器均可以通過串行集成方式，此處僅以方向 耦合器的波導外腔結構為例，圖中給出了在構成外腔可調雷射器的矽基光波導晶片上繼續 集成包括光分支器和光調製器等更多的功能器件，構成矽基混合集成形式的可調發射機結 構，其中的光分支器可以用來形成雷射器的波長監控信號和調製器的狀態監測信號等。
[0055] 本發明通過矽基光波導器件與半導體有源增益晶片耦合構成外腔雷射器，利用矽 基平面光波導器件的低損耗特性和器件製作工藝的相對簡單，形成一種低成本的雙晶片的 可調諧振腔結構。本發明通過優化矽基平面光波導選擇光柵結構和工藝，實現在大的波長 範圍具有平坦梳狀光譜。在矽基光波導晶片中，通過具有不同FSR的雙選擇光柵的調諧共 振實現在寬波長範圍的單一波長選擇功能。利用矽基光波導晶片中實現大範圍可調光濾波 選擇的特性，使外腔雷射器具有大範圍波長可調諧功能。通過腔外波長鎖定器監測和反饋 可調雷射器的波長信息，實現雷射器工作波長的精確控制。通過採用可調整中心波長的波 長鎖定器實施監測和反饋，實現可調雷射器的無固定波長柵格特性。在單模矽基光波導典 型器件結構基礎上形成多種不同的外腔結構，實現針對不同應用需求的不同外腔雷射器結 構。在矽基波導器件平臺基礎上進行包括上述波導光柵，光功率分配以及光調製等功能器 件的集成，形成半導體增益管芯和矽基波導晶片混合集成的可調諧光發射機。
[0056] 雖然本發明已詳細地示出並描述了相關的特定的實施例參考，但本領域的技術人 員應該能夠理解，在不背離本發明的精神和範圍內可以在形式上和細節上作出各種改變。 這些改變都將落入本發明的權利要求所要求的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種寬帶可調諧雷射器，包括無源光波導晶片（1)、半導體寬帶增益管芯（2)，所述 無源光波導晶片（1)中包括具有至少一個光波導傳播通道的光波導結構；其特徵在於： 所述無源光波導晶片（1)的光波導結構的一個輸入端與半導體寬帶增益管芯（2)進行 端面耦合；所述光波導結構上設置有具有不同自由光譜範圍的第一波導選擇光柵（1-2)和 第二波導選擇光柵（1-3)，所述第一波導選擇光柵（1-2)和第二波導選擇光柵（1-3)的相應 位置設置有波長和相位調控電極（1-4)，所述波長和相位調控電極（1-4)能夠產生和/或 控制相應位置處第一波導選擇光柵（1-2)和第二波導波擇光柵（1-3)的熱光和/或電光效 應； 所述第一波導選擇光柵（1-2)和第二波導選擇光柵（1-3)分別屬於至少兩個不同的激 光諧振腔，至少兩個雷射諧振腔相耦合以得到在較寬波長範圍內唯一共振波長，通過第一 波導選擇光柵（1-2)和第二波導波擇光柵（1-3)的熱光和/或電光效應來實現所述唯一共 振波長的調整，從而實現所述寬帶可調諧雷射器的波長調諧。
2. 如權利要求1所述的寬帶可調諧雷射器，其特徵在於：所述無源光波導晶片（1)為 矽基光波導晶片，所述第一波導選擇光柵（1-2)和第二波導選擇光柵（1-3)分別為具有兩 種周期長度的超結構光柵。
3. 如權利要求1-2中任意一項所述的寬帶可調諧雷射器，其特徵在於：所述寬帶可調 諧雷射器進一步包括耦合透鏡（3)、光隔離器（4)、光分波器（5)、光波長鎖定器￠)、控制和 驅動組件（7);所述光波導結構的一個輸出端通過耦合透鏡（3)和光隔離器（4)串行連接 到光分波器（5)，光分波器（5)分出的一個光路上設置光波長鎖定器（6);控制和驅動組件 ( 7)同半導體增益管芯（2)、無源光波導晶片（1)、光波長鎖定器￠)、波長和相位調控電極 (1-4)相連，控制和驅動組件（7)調節第一波導選擇光柵（1-2)和第二波導選擇光柵（1-3) 的自由譜光譜範圍直至所述雷射諧振腔僅允許一個單一波長的諧振，從而實現雷射波長調 諧功能。
4. 如權利要求3所述的寬帶可調諧雷射器，其特徵在於：所述光波導結構是光波導方 向奉禹合器（1-1)，所述光波導方向f禹合器（1-1)具有兩個輸入端和兩個輸出端，所述第一 波導選擇光柵（1-2)設置於所述光波導方向耦合器（1-1) 一個埠分支處，所述第二波導 選擇光柵（1-3)設置於所述光波導方向f禹合器（1-1)另一埠分支處；第一波導選擇光柵 Q-2)和半導體寬帶增益管芯（2)的後端面構成一個雷射諧振腔，第一波導選擇光柵（1-2) 和第二波導選擇光柵（1-3)則構成另一個獨立的雷射諧振腔；兩個雷射諧振腔相耦合以實 現大範圍波長調諧功能。
5. 如權利要求3所述的寬帶可調諧雷射器，其特徵在於：所述光波導結構是光波導X 結分支器（1-P )，所述光波導X結分支器（1-P )具有兩個輸入端和兩個輸出端，所述第 一波導選擇光柵（1-2)設置於所述光波導X結分支器（1-1') 一個埠分支處，所述第二 波導選擇光柵（1-3)設置於所述光波導X結分支器（1-1')另一埠分支處；第一波導選 擇光柵（1-2)和半導體寬帶增益管芯（2)的後端面構成一個雷射諧振腔，第一波導選擇光 柵（1-2)和第二波導選擇光柵（1-3)則構成另一個獨立的雷射諧振腔；兩個雷射諧振腔相 耦合以實現大範圍波長調諧功能。
6. 如權利要求3所述的寬帶可調諧雷射器，其特徵在於：所述光波導結構是光波導Y 分支器（1-Γ)，所述光波導Y分支器（1-Γ)具有一個合波端和兩個分波端，所述第一波導 選擇光柵（1-2)和所述第二波導選擇光柵（1-3)分別設置於兩個分波端處；第一波導選擇 光柵（1-2)和第二波導選擇光柵（1-3)分別與半導體寬帶增益管芯（2)的後端面構成雷射 諧振腔；所構成的兩個雷射諧振腔相耦合以實現大範圍波長調諧功能。
7. 如權利要求3所述的寬帶可調諧雷射器，其特徵在於：所述光波導結構是單模直光 波導，所述第一波導選擇光柵（1-2)和所述第二波導選擇光柵（1-3)串行放置在所述單模 直光波導上；第一波導選擇光柵（1-2)和第二波導選擇光柵（1-3)與半導體增益管芯後端 面共同構成一個複合的雷射諧振腔，該複合的雷射諧振腔在較寬的波長範圍內僅允許一個 單一波長的諧振以實現大範圍波長調諧功能。
8. 如權利要求4至7中任意一項所述的寬帶可調諧雷射器，其特徵在於：所述第一波 導選擇光柵（1-2)和第二波導選擇光柵（1-3)採用能實現寬帶範圍的平坦反射光譜的波導 選擇光柵。
9. 如權利要求1至7中任意一項所述的一種寬帶可調諧雷射器，其特徵在於：所述光 波長鎖定器（6)採用可連續調正中心波長的標準具。
10. 如權利要求1至7中任意一項所述的一種寬帶可調諧雷射器，其特徵在於：所述光 波導結構的雷射輸出端集成設置有波導光功率分支器（1-5)，波導光功率分支器（1-5)之 間設置有矽基光調製器。
【文檔編號】H01S5/22GK104104011SQ201410387873
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年8月8日 優先權日:2014年8月8日
【發明者】傅焰峰, 胡強高, 張玓, 唐毅, 錢坤, 湯學勝, 胡勝磊 申請人:武漢光迅科技股份有限公司