[发明专利]一种无温漂的片上集成激光器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无温漂的片上集成激光器及其制备方法，涉及光电子器件技术领域。该激光器包括：增益介质、模斑转换器、对准标记、无温漂的混合集成光波导和无温漂的光学谐振腔；该增益介质通过模斑转换器与无温漂的混合集成光波导相连。其中，无温漂的混合集成光波导包括形成于低折射率衬底上的高折射率材料层和负热光系数材料层，该负热光系数材料层能够对高折射率材料层的正热光系数进行补偿；无温漂的光学谐振腔是基于无温漂的混合集成光波导组成的谐振腔结构，用于实现激光器的输出波长在不同温度下的稳定。本发明能解决硅基片上集成激光器的出射波长随温度变化的问题，且无需增设额外调控器件，使得激光器的功耗低、集成度高、制备成本低。

技术领域

本发明涉及光电子器件技术领域，具体来讲是一种无温漂的片上集成激光器及其制备方法。

背景技术

信息技术的快速发展对通信系统的传输速率和集成度提出了越来越高的要求，基于硅基器件具有低损耗、高折射率差、结构尺寸小的特性，硅基片上集成成为目前的主要发展方向。但是由于硅是间接带隙材料，难以实现激光发射，所以需要将硅与Ⅲ-Ⅴ族等有源材料混合集成实现片上集成激光器。

硅基材料，包括硅、氮化硅等正热光系数材料，其折射率系数会随着温度的升高而增大，因此硅基谐振腔的谐振波长会随着温度的变化而漂移。当使用硅基谐振腔的片上集成激光器作为波分复用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)，特别是密集波分复用(DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing)系统上的光源时会存在以下问题：

1、由于硅基谐振腔的谐振波长会随着温度的变化而漂移，因此需要对激光器进行温度控制，从而增加了激光器的功耗；

2、由于需要额外增加温度控制器件，因此会导致器件集成度的降低，同时也会增加器件的制备成本。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种无温漂的片上集成激光器及其制备方法，能解决硅基片上集成激光器的出射波长随温度变化的问题，且无需增设额外调控器件，使得片上集成激光器的功耗低、集成度高、制备成本低。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：提供一种无温漂的片上集成激光器，包括增益介质、模斑转换器、无温漂的混合集成光波导和无温漂的光学谐振腔，所述增益介质通过模斑转换器与无温漂的混合集成光波导相连；其中，所述无温漂的混合集成光波导包括形成于低折射率衬底上的高折射率材料层和负热光系数材料层，所述负热光系数材料层能够对高折射率材料层的正热光系数进行补偿；所述无温漂的光学谐振腔是基于所述无温漂的混合集成光波导组成的谐振腔结构，用于实现片上集成激光器的输出波长在不同温度下的稳定。

在上述技术方案的基础上，该激光器还包括一对对准标记，所述一对对准标记分别设置于模斑转换器的附近和增益介质上。

在上述技术方案的基础上，所述无温漂的混合集成光波导还包括低折射率覆盖层。

在上述技术方案的基础上，所述无温漂的混合集成光波导的结构包括多层波导结构、狭缝波导结构或亚波长光栅波导结构。

在上述技术方案的基础上，所述无温漂的光学谐振腔用于实现对增益介质输出光波的选频。

在上述技术方案的基础上，所述无温漂的光学谐振腔的结构包括微环谐振腔结构、微盘谐振腔结构或光栅结构。

在上述技术方案的基础上，所述高折射率材料层选用折射率系数大于1.8的低损耗材料制成。

在上述技术方案的基础上，所述负热光系数材料层选用折射率系数随温度的增加而逐渐降低的材料制成。

在上述技术方案的基础上，所述增益介质采用能够通过电泵浦或者光泵浦实现受激辐射的有源材料制成。