一种可调谐激光器

摘要

本发明公开了一种可调谐激光器，涉及光通信器件领域。该可调谐激光器包括：硅衬底，其长度、宽度和高度方向分别定义为第I方向、第II方向和第III方向；以及形成于硅衬底上的光输入端口、第一光波导、光子晶体腔、第二光波导、光分束器、光发射端口、光输出端口以及光增益组件；光输入端口与光输出端口通过光纤链路连接形成环路，且光增益组件设于环路上；该可调谐激光器在光子晶体腔沿第II方向的两侧上分别设有电极或者在光子晶体腔沿第III方向的上方设有电极。本发明提供的可调谐激光器的调节效率高、调谐范围大、输出波长稳定，同时其结构尺寸小，有利于大规模集成。

权利要求

1.一种可调谐激光器，其包括：

硅衬底(21)，其长度、宽度和高度方向分别定义为第I方向、第II方向和第III方向；以及形成于所述硅衬底(21)上且顺次连接的光输入端口(701)、第一光波导(101)、光子晶体腔(201)、第二光波导(102)以及光分束器(601)；

其中，所述光分束器(601)设有两个分支，其中一个分支与光发射端口(702)连接，另一个分支与光输出端口(703)连接；

所述光输入端口(701)与所述光输出端口(703)通过光纤链路(100)连接形成环路，且所述环路上设有光增益组件(501)；

所述可调谐激光器在所述光子晶体腔(201)沿所述第II方向的两侧上分别设有电极(301)，或者在所述光子晶体腔(201)沿所述第III方向的上方设有电极(301)，用于通过热调和/或电调的方法改变所述光子晶体腔(201)的工作波长；

所述光子晶体腔(201)中的光子晶体处于同一模式工作状态；

所述光子晶体腔(201)的工作波长调节范围能够覆盖整个C波段；

所述可调谐激光器在所述光子晶体腔(201)沿所述第II方向的两侧上分别设有用于将所述光子晶体腔(201)和所述电极(301)悬挂于空气中的第一空气隔离槽(401)和第二空气隔离槽(402)。

2.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，所述可调谐激光器还包括分别设于所述光输入端(701)和所述光输出端(703)与所述光纤链路(100)连接的一侧的芯片，且所述光输入端口(701)、所述第一光波导(101)、所述光子晶体腔(201)、所述第二光波导(102)、所述光分束器(601)、所述光发射端口(702)以及所述光输出端口(703)均位于所述芯片上。

3.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，所述光输入端口(701)选自端面耦合器和/或光栅耦合器，且其带宽能够覆盖整个工作波段。

4.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，当所述电极(301)分别设于所述光子晶体腔(201)沿所述第II方向的两侧上时，所述第一空气隔离槽(401)和所述第二空气隔离槽(402)分别设于所述电极(301)的外侧。

5.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，所述光分束器(601)选自定向耦合器、Y分支和多模干涉器中的一种或多种；

所述光发射端口(702)选自端面耦合器和/或光栅耦合器，且其带宽能够覆盖整个工作波段；

所述光输出端口(703)选自端面耦合器和/或光栅耦合器，且其带宽能够覆盖整个工作波段。

6.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，所述光增益组件(501)选自掺铒光纤放大器和/或半导体光放大器，或者所述光增益组件(501)为光增益材料；

当所述光增益组件(501)选自掺铒光纤放大器和/或半导体光放大器时，所述光增益组件(501)设于所述光纤链路(100)上；

当所述光增益组件(501)为光增益材料时，所述光增益组件(501)设于所述芯片上。

7.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，所述可调谐激光器还包括设于所述光纤链路(100)上的光隔离器(801)。

说明书

一种可调谐激光器

技术领域

[0001] 本发明涉及光通信器件领域，具体涉及一种可调谐激光器。

背景技术

[0002] 片上集成可调谐激光器由于具有出射的激光波长连续可调的优势，因此成为了很多应用中的关键元器件，特别是在无源光网络中(Passive Optical Network，PON)。在波分复用系统(Wavelength Division Multiplex，WDM)中，激光器的输出波长范围越大，表示可以有更多的通道用来传输信号，从而提高信息的传输速率。例如，单根中继光纤承载到达和来自光分支点的多个信道波长的光信号，而且分支点通过引导到达或来自各个用户的不同波长的信号提供一种简单的路由功能。在每个用户位置处，光网络终端分配有一个或多个发送和/或接收光信号的信道波长。显然，调谐范围较大的可调谐激光器对应于较大数量的可能信道波长，因此，对应于可以通过单根光纤传输的较大信息量。

[0003] 现有技术中，可调谐激光器的调节范围有限，而且器件的调节效率较低。因此，目前存在的问题是急需研究开发一种波长稳定、调节范围大的可调谐激光器。

发明内容

[0004] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可调谐激光器，该激光器具有输出激光波长稳定、调节范围大、调节效率高和结构尺寸小等优点。

[0005] 为达到以上目的，本发明提供了一种可调谐激光器，其包括：

[0006] 硅衬底，其长度、宽度和高度方向分别定义为第I方向、第II方向和第III方向；以及形成于所述硅衬底上且顺次连接的光输入端口、第一光波导、光子晶体腔、第二光波导以及光分束器；

[0007] 其中，所述光分束器设有两个分支，其中一个分支与光发射端口连接，另一个分支与光输出端口连接；

[0008] 所述光输入端口与所述光输出端口通过光纤链路连接形成环路，且所述环路上设有光增益组件；

[0009] 所述可调谐激光器在所述光子晶体腔沿所述第II方向的两侧上分别设有电极，或者在所述光子晶体腔沿所述第III方向的上方设有电极，用于通过热调和/或电调的方法改变所述光子晶体腔的工作波长。

[0010] 在上述技术方案的基础上，所述可调谐激光器还包括分别设于所述光输入端口和所述光输出端口与所述光纤链路连接的一侧的芯片，且所述光输入端口、所述第一光波导、所述光子晶体腔、所述第二光波导、所述光分束器、所述光发射端口以及所述光输出端口均位于所述芯片上。

[0011] 在上述技术方案的基础上，所述光子晶体腔中的光子晶体处于同一模式工作状态。

[0012] 在上述技术方案的基础上，所述光输入端口选自端面耦合器和/或光栅耦合器，且其带宽能够覆盖整个工作波段。

[0013] 在上述技术方案的基础上，所述可调谐激光器在所述光子晶体腔沿所述第II方向的两侧上分别设有用于将所述光子晶体腔和所述电极悬挂于空气中的第一空气隔离槽和第二空气隔离槽。

[0014] 在上述技术方案的基础上，当所述电极分别设于所述光子晶体腔沿所述第II方向的两侧上时，所述第一空气隔离槽和所述第二空气隔离槽分别设于所述电极的外侧。

[0015] 在上述技术方案的基础上，所述光子晶体腔的工作波长调节范围能够覆盖整个C波段。

[0016] 在上述技术方案的基础上，所述光分束器选自定向耦合器、Y分支和多模干涉器中的一种或多种；

[0017] 所述光发射端口选自端面耦合器和/或光栅耦合器，且其带宽能够覆盖整个工作波段；

[0018] 所述光输出端口选自端面耦合器和/或光栅耦合器，且其带宽能够覆盖整个工作波段。

[0019] 在上述技术方案的基础上，所述光增益组件选自掺铒光纤放大器和/或半导体光放大器，或者所述光增益组件为光增益材料；

[0020] 当所述光增益组件选自掺铒光纤放大器和/或半导体光放大器时，所述光增益组件设于所述光纤链路上；

[0021] 当所述光增益组件为光增益材料时，所述光增益组件设于所述芯片上。

[0022] 在上述技术方案的基础上，所述可调谐激光器还包括设于所述光纤链路上的光隔离器。

[0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0024] (1)本发明提供的可调谐激光器中采用了光子晶体腔，其没有自由光谱范围的限制，因此，该可调谐激光器的波长调谐范围很大，能够覆盖整个C波段。

[0025] (2)在调节出射波长的过程中，本发明提供的可调谐激光器中的光子晶体始终工作于同一模式，因此，该可调谐激光器不会出现跳模，输出激光波长更加稳定。

[0026] (3)本发明提供的可调谐激光器在光子晶体腔的周围设置空气隔离槽，以将光子晶体谐振腔和热电级悬挂于空气中，从而提高光子晶体谐振波长的热调节效率，降低调节谐振波长的功耗；且空气隔离槽的引入不会影响光子晶体腔的结构稳定性。

[0027] (4)本发明提供的可调谐激光器中光子晶体腔的结构尺寸更小，更有利于大规模集成。

附图说明

[0028] 图1为本发明一些实施方式的可调谐激光器的俯视图；

[0029] 图2为图1的可调谐激光器沿AA截面的剖面图；

[0030] 图3为本发明另一些实施方式的可调谐激光器的俯视图；

[0031] 图4为图3的可调谐激光器沿AA截面的剖面图。

[0032] 图中，相同的部件采用相同的附图标记表示，附图标记的含义如下：

[0033] 101-第一光波导；102-第二光波导；201-光子晶体腔；301-电极；401-第一空气隔离槽；402-第二空气隔离槽；501-光增益组件；601-光分束器：701-光输入端口；702-光发射端口；703-光输出端口；801-光隔离器；21-硅衬底；22-低折射率包层；100-光纤链路。

具体实施方式

[0034] 为使本发明更加容易理解，以下结合附图及具体实施例来详细说明本发明。应当理解，这些实施例仅起说明性作用，并不用于限定本发明。

[0035] 如图1和图2所示，本发明的一些实施方式提供了一种可调谐激光器，其包括：

[0036] 硅衬底21，其长度、宽度和高度方向分别定义为第I方向、第II方向和第III方向；以及形成于硅衬底21上的：

[0037] 光输入端口701，其用于光波的输入；

[0038] 第一光波导101，其用于来自光输入端口701的光波的耦合输入；

[0039] 光子晶体腔201，其用于选择并调节经第一光波导101耦合输入的光波的谐振波长；

[0040] 第二光波导102，其用于来自光子晶体腔201的光波的耦合输出；

[0041] 光分束器601，用于将经第二光波导102耦合输出的激光按照分光比分成第一束激光和第二束激光；

[0042] 光发射端口702，其用于来自光分束器601的第一束激光的出射；

[0043] 光输出端口703，其用于来自光分束器601的第二束激光的出射；以及[0044] 光增益组件501，其用于将从光输出端口703出射的激光进行光学放大；

[0045] 光输入端口701、第一光波导101、光子晶体腔201、第二光波导102以及光分束器601顺次连接；

[0046] 光分束器601设有两个分支，其中一个分支与光发射端口702连接，另一个分支与光输出端口703连接；

[0047] 光输入端口701与光输出端口703通过光纤链路100连接形成环路，且光增益组件501设于环路上；

[0048] 可调谐激光器在光子晶体腔201沿第III方向的上方设有电极301(如图2所示)，用于通过热调和/或电调的方法改变光子晶体腔201的工作波长。

[0049] 优选地，电极301与光子晶体腔201在第III方向上的距离为1μm-5μm。电极301与光子晶体腔201的距离太近会增加光学损耗，距离太远会降低热调效率。

[0050] 优选地，可调谐激光器还包括分别设于光输入端口701和光输出端口703与光纤链路100连接的一侧的芯片(图中未示出)，且光输入端口701、第一光波导101、光子晶体腔201、第二光波导102、光分束器601、光发射端口702以及光输出端口703均位于芯片上。

[0051] 优选地，光子晶体腔201中的光子晶体处于同一模式工作状态，如基膜工作状态或高阶模式工作状态。

[0052] 优选地，光输入端口701选自端面耦合器和/或光栅耦合器，且其带宽能够覆盖整个工作波段。

[0053] 优选地，可调谐激光器在光子晶体腔201沿第II方向的两侧上分别设有用于将光子晶体腔201和电极301悬挂于空气中的第一空气隔离槽401和第二空气隔离槽402。

[0054] 优选地，光子晶体腔201的工作波长调节范围能够覆盖整个C波段。

[0055] 优选地，光分束器601选自定向耦合器、Y分支和多模干涉器中的一种或多种。

[0056] 优选地，光分束器601的分光比为1:9，即第一束激光与第二束激光的比例为1:9。

[0057] 优选地，光发射端口702选自端面耦合器和/或光栅耦合器，且其带宽能够覆盖整个工作波段。

[0058] 优选地，光输出端口703选自端面耦合器和/或光栅耦合器，且其带宽能够覆盖整个工作波段。

[0059] 优选地，光增益组件501选自掺铒光纤放大器和/或半导体光放大器，或者光增益组件501为光增益材料；

[0060] 当光增益组件501选自掺铒光纤放大器和/或半导体光放大器时，光增益组件501设于光纤链路100上；

[0061] 当光增益组件501为光增益材料时，光增益组件501设于芯片上。

[0062] 优选地，可调谐激光器还包括设于光纤链路100上的光隔离器801，其用于实现光波的单向传输、防止反射的光波进入光增益组件501。

[0063] 如图3和图4所示，本发明的另一些实施方式提供了一种可调谐激光器，其包括：

[0064] 硅衬底21，其长度、宽度和高度方向分别定义为第I方向、第II方向和第III方向；以及形成于硅衬底21上的：

[0065] 光输入端口701，其用于光波的输入；

[0066] 第一光波导101，其用于来自光输入端口701的光波的耦合输入；

[0067] 光子晶体腔201，其用于选择并调节经第一光波导101耦合输入的光波的谐振波长；

[0068] 第二光波导102，其用于来自光子晶体腔201的光波的耦合输出；

[0069] 光分束器601，用于将经第二光波导102耦合输出的激光按照分光比分成第一束激光和第二束激光；

[0070] 光发射端口702，其用于来自光分束器601的第一束激光的出射；

[0071] 光输出端口703，其用于来自光分束器601的第二束激光的出射；以及[0072] 光增益组件501，其用于将从光输出端口703出射的激光进行光学放大；

[0073] 光输入端口701、第一光波导101、光子晶体腔201、第二光波导102以及光分束器601顺次连接；

[0074] 光分束器601设有两个分支，其中一个分支与光发射端口702连接，另一个分支与光输出端口703连接；

[0075] 光输入端口701与光输出端口703通过光纤链路100连接形成环路，且光增益组件501设于环路上；

[0076] 可调谐激光器在光子晶体腔201沿第II方向的两侧上分别设有电极301(如图4所示)，用于通过热调和/或电调的方法改变光子晶体腔201的工作波长。

[0077] 优选地，电极301与光子晶体腔201在第II方向上的距离为1μm-5μm。电极301与光子晶体腔201的距离太近会增加光学损耗，距离太远会降低热调效率。

[0078] 优选地，可调谐激光器还包括分别设于光输入端口701和光输出端口703与光纤链路100连接的一侧的芯片(图中未示出)，且光输入端口701、第一光波导101、光子晶体腔201、第二光波导102、光分束器601、光发射端口702以及光输出端口703均位于芯片上。

[0079] 优选地，光子晶体腔201中的光子晶体处于同一模式工作状态，如基膜工作状态或高阶模式工作状态。

[0080] 优选地，光输入端口701选自端面耦合器和/或光栅耦合器，且其带宽能够覆盖整个工作波段。

[0081] 优选地，可调谐激光器在光子晶体腔201沿第II方向的两侧上分别设有用于将光子晶体腔201和电极301悬挂于空气中的第一空气隔离槽401和第二空气隔离槽402。

[0082] 优选地，第一空气隔离槽401和第二空气隔离槽402分别设于电极301的外侧。

[0083] 优选地，光子晶体腔201的工作波长调节范围能够覆盖整个C波段。

[0084] 优选地，光分束器601选自定向耦合器、Y分支和多模干涉器中的一种或多种。

[0085] 优选地，光分束器601的分光比为1:9，即第一束激光与第二束激光的比例为1:9。

[0086] 优选地，光发射端口702选自端面耦合器和/或光栅耦合器，且其带宽能够覆盖整个工作波段。

[0087] 优选地，光输出端口703选自端面耦合器和/或光栅耦合器，且其带宽能够覆盖整个工作波段。

[0088] 优选地，光增益组件501选自掺铒光纤放大器和/或半导体光放大器，或者光增益组件501为光增益材料；

[0089] 当光增益组件501选自掺铒光纤放大器和/或半导体光放大器时，光增益组件501设于光纤链路100上；

[0090] 当光增益组件501为光增益材料时，光增益组件501设于芯片上。

[0091] 优选地，可调谐激光器还包括设于光纤链路100上的光隔离器801，其用于实现光波的单向传输、防止反射的光波进入光增益组件501。

[0092] 本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。