[发明专利]外腔窄线宽激光器

说明书

本发明公开了一种外腔窄线宽激光器，该激光器包括：半导体光放大器、平面波导光栅和衬底，其中：所述半导体光放大器和平面波导光栅键合到所述衬底上；所述半导体光放大器的一端镀有高反射膜，另一端镀有高透膜；所述平面波导光栅的两侧均镀有高透膜；所述半导体光放大器镀有高透膜一端的端面与所述平面波导光栅的一侧端面相耦合。本发明提供的外腔窄线宽激光器，具有窄线宽，高功率，低噪声及高的频率稳定性等特点，可应用于高阶调制格式及相干探测系统中，为下一代光纤通信系统提供发射源和本征源激光器。

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，特别是一种外腔窄线宽激光器。

背景技术

随着互联网通信的迅猛发展，人们对通信容量的需求急剧增加，单信道通信容量已经开始向400Gbps迈进。为了提高通信速率和频谱效率，需要采用新型调制格式和相干探测系统。而高阶调制格式对发射源和本振源激光器的线宽和频率稳定性提出了更加严格的要求。激光器的线宽会影响信号的相位噪声特性，频率不稳定会导致信号的频率漂移，这两者对接收机的灵敏度具有重要影响。400Gbps的相干通信系统对于激光器线宽的要求一般在100kHz以下，而目前光纤通信系统中常规部署的1.55μm及1.3μm波段的分布反馈半导体激光器的线宽一般在1～10MHz量级，无法满足高阶调制格式相干接收的要求。因此，实现低成本、可批量生产、频率稳定的窄线宽光源成为了下一代光纤通信系统需要迫切解决的问题。

目前，国内外对窄线宽激光器的研究主要集中在光纤激光器，分布反馈半导体激光器，布拉格反射镜激光器和外腔半导体激光器。其中，光纤激光器可以实现较窄的线宽及很高的输出功率。但是，受限于体积、结构和量产化方面的限制，在光发射机和接收机方面的应用前景不大。对于分布反馈半导体激光器或布拉格反射镜激光器，通过优化器件结构，以及一些外部线宽压缩手段，可以使线宽控制在千赫兹数量级，但与此同时，也增加了工艺和系统的复杂程度，难以大规模生产和应用。外腔半导体激光器以其波长精确控制，窄线宽，低功耗，低的频率噪声，工作稳定，结构简单和便于大规模生产的优势，在通信领域具有广泛的应用前景，可应用于高速相干通信系统的发射源和接收机本振源。

由于光纤光栅外腔半导体激光器对振动比较敏感，因此本发明采用波导光栅外腔半导体结构，将大功率弯曲波导光放大器与平面外脊波导光栅键合在同一片硅衬底上，从而提高了激光器的稳定性。该外腔半导体激光器具有低成本，窄线宽，高功率，低噪声等特点，应用于通信系统中，可大大提高系统的通信容量。另外，波长范围在0.78～1.55μm波段的窄线宽激光器在相干测距系统，相控阵雷达系统，光纤传感系统，气体检测及原子钟方面均有潜在的应用价值。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种外腔窄线宽激光器，具有窄线宽，高功率，低噪声及高的频率稳定性等特点，可应用于高阶调制格式及相干探测系统中，为下一代光纤通信系统提供发射源和本征源激光器。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种外腔窄线宽激光器，包括：半导体光放大器102、平面波导光栅103和衬底101，其中：

所述半导体光放大器102和平面波导光栅103键合到所述衬底101上；

所述半导体光放大器102的一端镀有高反射膜，另一端镀有高透膜；

所述平面波导光栅103的两侧均镀有高透膜；

所述半导体光放大器102镀有高透膜一端的端面与所述平面波导光栅103的一侧端面相耦合。

可选地，所述衬底101为图形衬底，衬底101的制备材料为Si。

可选地，所述半导体光放大器102的波导为直波导与弯曲波导的组合体，直波导端面镀有高反射膜，弯曲波导端面镀有高透射膜。

可选地，所述平面波导光栅103为布拉格外脊波导光栅结构。