[发明专利]一种基于硅基的窄线宽可调外腔激光器

说明书

本发明公开了一种基于硅基的窄线宽可调外腔激光器，涉及光通信的集成光学领域。该激光器的光源通过硅基光耦合器与第一MMI相连；第一MMI分别与非对称马赫‑曾德干涉仪的2个臂的输入端相连，2个臂的输出端通过第二MMI与第三MMI相连；第三MMI分别与硅基微环滤波器上下话路的输入端相连；上下话路的输出端分别与第一光栅耦合器、第二光栅耦合器相连。硅基微环滤波器的自由光谱范围为5～50nm，非对称马赫‑曾德干涉仪的自由光谱范围为硅基微环滤波器的自由光谱范围的1～4倍。本发明能够增大宽波长的调谐范围，保证激光得到窄线宽；本发明为小型化腔激光器，不仅制造成本较低，而且易于集成，工艺容差较小，适于推广。

技术领域

本发明涉及光通信的集成光学领域，具体涉及一种基于硅基的窄线宽可调外腔激光器。

背景技术

近年来，光通信系统中的谱效率不断增加，相干光传输系统被认为是一种非常好的解决谱效率增加的方案。窄线宽可调激光器是相干光传输系统中非常重要的元件。目前，现有的可调激光器一般为：(1)采用SGDBR(Sampled grating distributed braggreflector取样光栅分布布拉格反射)、DFB(Distributed Feed Back，分布反馈)阵列和Y波导等单片集成的可调谐激光器，单片集成的激光器需要高精度的光刻技术。(2)一种15kHz线宽的基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)的外腔可调谐激光器，该激光器的机械控制结构比较复杂。

近年来，硅光子技术由于其低成本、低功耗和小尺寸等特点受到了社会的极大关注。目前，市面上已报道了一种直接与SOA(Semiconductor Optical Amplifier，半导体光放大器)对接的混合集成型硅基双环激光器。

但是，混合集成型硅基双环激光器需要亚微米级超高精度的无源对准工艺；为了在混合集成型硅基双环激光器中实现窄线宽，通常采用较长的长腔结构。考虑到硅波导的传播损耗为2.4dB/cm，长的无源波导会在光路中引入更多的损耗；而在三五族增益芯片和硅基芯片间采用自由空间结构能够避免上述损耗高的问题，自由空间结构能够非常容易地调整腔长从而得到窄的线宽、且损耗很低。

窄线宽可调激光器除了对线宽的要求高，另外一个关键参数为波长的可调范围。光通讯系统中需要能覆盖C波段的波长，甚至更宽。但是采用单个硅基微环对工艺要求高，损耗较大，难以实现如此宽的调谐范围。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：增大宽波长的调谐范围，保证激光得到窄线宽。本发明为小型化腔激光器，不仅制造成本较低，而且易于集成，工艺容差较小，适于推广。

为达到以上目的，本发明提供的基于硅基的窄线宽可调外腔激光器，包括光源、硅基光耦合器、硅基微环滤波器和2个光栅耦合器：第一光栅耦合器和第二光栅耦合器；所述可调外腔激光器还包括非对称马赫-曾德干涉仪、以及3个MMI：第一MMI、第二MMI和第三MMI；所述非对称马赫-曾德干涉仪上设置有2个不对称的臂，所述硅基微环滤波器采用上下话路型微环谐振腔，硅基微环滤波器设置有2个监测端口；

所述光源的输出端与硅基光耦合器的输入端相连，硅基光耦合器的输出端与第一MMI的输入端相连；第一MMI的输出端分别与非对称马赫-曾德干涉仪的2个臂的输入端相连，2个臂的输出端与第二MMI的输入端相连；第二MMI的输出端与第三MMI的输入端相连，第三MMI的输出端分别与硅基微环滤波器上下话路的输入端相连；上下话路的输出端分别与第一光栅耦合器、第二光栅耦合器相连；第一光栅耦合器和第二光栅耦合器分别位于硅基微环滤波器的2个监测端口；

所述硅基微环滤波器的自由光谱范围为5～50nm，所述非对称马赫-曾德干涉仪的自由光谱范围为硅基微环滤波器的自由光谱范围的1～4倍。