[发明专利]一种硅基混合集成的波长可调被动锁模激光器

说明书

本发明公开了一种硅基混合集成的波长可调被动锁模激光器，包括硅光芯片、可饱和吸收体薄膜和放置在可饱和吸收体薄膜上方，并且与硅光芯片上的光路形成光学谐振腔的半导体光放大器、准直透镜和反射棱镜；可饱和吸收体薄膜覆盖在硅光芯片表面，产生光学非线性吸收，实现被动锁模；半导体光放大器作为增益介质，其两个端面分别镀有反射膜和增透膜，镀有反射膜的端面靠近光学谐振腔外侧，镀有增透膜的端面靠近准直透镜；准直透镜实现半导体光放大器与硅光芯片的光束模场和数值孔径匹配；反射棱镜对硅光芯片的入射光束进行垂直折转或对出射光束进行水平折转。本发明便于光学谐振腔的缩小和可饱和吸收体薄膜覆盖，实现超小型、高重复频率和波长可调谐。

技术领域

本发明涉及光通信器件和超快光学物理领域，具体涉及一种硅基混合集成的波长可调被动锁模激光器。

背景技术

锁模激光器由于能够产生超短光脉冲，在光通信、光纤传感、生物医疗、精密加工、测量与诊断等诸多领域有着广阔的前景和重要应用价值。锁模激光器的锁模方式可分为主动锁模、被动锁模以及混合锁模技术，其中，被动锁模激光器利用可饱和吸收体对输入光脉冲响应强度相关的特性，实现各纵模的相位锁定，进而产生超短脉冲。

近年来，石墨烯、氧化石墨烯、二硫化钼、碳纳米管以及黑磷等材料纷纷被发现在很宽的波长范围内具有可饱和吸收效应，并与光纤激光器进行集成实现了性能很好的被动锁模激光器，然而以上被动锁模激光器基于光学谐振腔，存在以下缺点：

(1)可饱和吸收体的转移和集成难度大，一致性差；

(2)光学谐振腔的长度较长，使得输出光脉冲的重复频率较低；

(3)光纤滤波器的可调光谱范围较窄，调谐速率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决传统的被动锁模激光器集成难度大、重复频率较低以及调谐速率较低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种硅基混合集成的波长可调被动锁模激光器，包括硅光芯片、可饱和吸收体薄膜以及依次放置在所述可饱和吸收体薄膜上方，并且与所述硅光芯片上的光路形成光学谐振腔的半导体光放大器、准直透镜和反射棱镜；

所述可饱和吸收体薄膜，覆盖在所述硅光芯片表面，产生光学非线性吸收，实现被动锁模；

所述半导体光放大器，作为增益介质，在光传输方向上的两个端面分别镀有反射膜和增透膜，镀有反射膜的端面靠近所述光学谐振腔的外侧，镀有增透膜的端面靠近所述准直透镜；

所述准直透镜，实现所述半导体光放大器与所述硅光芯片之间的光束模场和数值孔径匹配；

所述反射棱镜，对所述硅光芯片的入射光束进行垂直折转或对出射光束进行水平折转。

在上述技术方案中，所述硅光芯片从下至上依次为衬底硅、埋氧层、光波导层以及沉积在所述光波导层上的光隔离层；

所述光波导层，集成有垂直光耦合器、可调滤波器和反射器，所述垂直光耦合器对所述硅光芯片的入射光束进行水平折转，或对出射光束进行垂直折转，输出至所述反射棱镜进行水平折转；所述可调滤波器用于选模，通过电光效应或热光效应调谐波长；所述反射器实现光束反射，并与所述半导体光放大器镀有反射膜的端面构成所述光学谐振腔的两个反射端面；

所述光隔离层，实现所述光波导层与所述可饱和吸收体薄膜之间的光学隔离，抑制所述可饱和吸收体薄膜对所述光波导层的内部器件的影响。

在上述技术方案中，所述硅光芯片采用CMOS兼容工艺制作，且具有平整的表面。

在上述技术方案中，所述可饱和吸收体薄膜通过旋涂、薄膜转移或溅射工艺覆盖在所述光隔离层的表面。