[发明专利]一种超结构光栅和可调谐激光器

说明书

本申请实施例公开一种超结构光栅和可调谐激光器，可同时满足性能较好的反射率和FWHM。超结构光栅通过调制函数对均匀光栅在空间上进行幅度和相位调制从而形成梳妆反射谱，调制函数通过N个阈值进行离散化处理后得到(N+1)个调制函数离散值，N为大于或等于2的正整数；(N+1)个调制函数离散值中每个调制函数离散值对应于一段折射率均匀不变的光波导或对应于一段均匀光栅；超结构光栅的反射峰的反射率通过(N+1)个调制函数离散值中的至少一个调制函数离散值所对应的光波导长度占超结构光栅的光栅总长度的比例关系、超结构光栅的光栅总长度进行调节；超结构光栅的反射峰的FWHM通过该比例关系、超结构光栅的光栅总长度进行调节。

技术领域

本申请涉及光纤通信领域，尤其涉及一种超结构光栅和可调谐激光器。

背景技术

在光通信领域中，可调谐激光器(Tunable Laser，TL)是指输出的光信号波长可在一定范围内进行调节的激光器，主要应用于大容量波分复用传输系统中。随着信息量爆炸式增长，通信市场规模持续快速膨胀，为了进一步提高带宽，相干调制技术被使用并成为100G及以上速率长距离光传输的业界主流方案。而相干调制技术对于激光器的激射线宽等性能有着苛刻的要求，各种新的需求对可调谐激光器的尺寸、成本、可靠性和性能等指标也提出了更高的要求。其中，单片集成可调谐激光器具有体积小、集成度高等优点，因此成为当前光通信领域的主流技术。

单片集成可调谐激光器可以大体上通过增益区与磷化铟(Indium Phosphide，InP)衬底上的无源区的对接制造得到。增益区一般为多量子阱(Multiple Quantum Well，MQW)，而无源区主要包括反射镜和相位区段。波长调谐是通过调节反射镜或者相位区段的折射率来实现。其中，反射镜的反射谱对波长具有选择性，常用的反射镜包括分布布拉格反射器(Distributed Bragg Reflection，DBR)或者微环谐振器，反射镜产生的反射谱通常为梳妆反射谱。

超结构光栅(Super Structure Grating，SSG)具有梳妆反射谱，可调谐激光器的反射镜区域可以使用SSG来反射光，如下公式(1)为SSG的折射率分布：

在上述公式(1)中，当SSG具有偶数个反射峰时，n(z)的取值为当SSG具有奇数个反射峰时，n(z)的取值为ΔF与Λ_k、Λ_k+1之间满足如下公式(2)。

其中，n₀为SSG的平均有效折射率，Λ_k决定了余弦函数的周期，δ_n为光栅有效折射率最大值与最小值的差值，N表示调制函数由N个余弦函数组成，z表示光栅沿传播方向的位置，φ_k为第k个余弦函数的相位，ΔF由式(2)决定。

由式(1)可以得到超结构光栅的调制函数为如下公式(3)：

一段均匀光栅的反射谱只有一个主峰，超结构光栅可通过调制函数对一段均匀光栅进行调制形成梳妆反射谱。而均匀光栅的有效折射率只有高折射率n_h与低折射率n_l两个值。如图1所示，虚线表示为一个SSG的调制函数，SSG的调制函数为模拟的连续周期性函数，其与均匀光栅相乘后折射率的空间分布也为连续变化，不再只有n_h与n_l两个值，工艺上非常难制作。为了实现SSG容易制作，如式所示(4)，通常会选取一个阈值对式(3)所示的连续函数进行2级数字离散化处理。

图1中的实线所示为超结构光栅调制函数使用一个阈值V₁进行2级数字化离散的效果，离散后的包络函数对连续光栅的调制同样为周期性的，但折射率依然只有n_h与n_l两个值，仅在包络函数“1”和“-1”之间切换时会引入相移，因此容易加工制作出SSG。