[发明专利]混合集成可调谐激光器及光子芯片

说明书

本公开提供一种混合集成可调谐激光器及光子芯片，该混合集成可调谐激光器包括：半导体光放大器，用于发出光并使所传输的光获得增益；硅基锥形耦合波导，与半导体光放大器键合相连，通过两端的锥形波导结构产生模场分布变化使所传输光进行光场耦合；第一硅基多模干涉反射镜和第二硅基多模干涉反射镜，分别设置于所述激光器的两端，用于使光在激光器内来回反射传导，进而经半导体光放大器的作用获得增益。所述光子芯片，由上述混合集成可调谐激光器与其它半导体功能器件集成而得，其器件尺寸小，可集成度高，且更容易实现大范围和高精度的宽带可调谐。

技术领域

本公开涉及半导体光电子器件技术领域，尤其涉及一种混合集成可调谐激光器及光子芯片，可应用于光互连、光交换、光传感等领域。

背景技术

随着人们对信息和通信要求的不断提高，可调谐激光器逐渐成为光通信系统中不可缺少的器件。它不但可以应用在波分复用系统中作为备份的光源来节约维修时间和成本，而且可以应用在通信系统中任何需要波长转变的地方，如波分复用系统中的数据路由、可重构光通信网络等。实现可调谐激光器的方案有多种，如DBR型半导体激光器结构、DFB型半导体激光器、面发射激光器，其中一个重要方案是将半导体光放大器芯片与一个外腔反馈元件组合的方式构成外腔激光器。外腔可调谐激光器相较于传统的面发射激光器和分布反馈激光器来说可以提供更宽的调谐范围和更窄的线宽。但是传统的外腔可调谐激光器通常要求体积庞大的光学系统和机械控制，并不满足光通信系统对可调谐激光器体积小、低成本的要求。

无源光子集成技术可以用微纳光子结构给III-V族增益材料提供外部反馈实现波长调谐。在众多光子集成平台中，硅光子集成技术由于和CMOS工艺线有天然的兼容性、硅与二氧化硅之间折射率差大等优势，可以把器件做得十分紧凑并且成本较低。目前国内外已经报道了多种硅基可调谐激光器，这些硅基可调谐激光器都包括半导体光放大器、相移器、环形谐振器和一个环形反射镜或者布拉格反射镜，并利用端面耦合或者键合技术实现混合集成。

但是这些硅基可调谐激光器结构里环形反射镜由于采用环形结构，需要比较大的弯折半径来减小光损耗，所以尺寸比较大；布拉格反射镜对工艺要求高，且不同波长反射率差异比较大，不利于实现宽带可调谐。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供一种混合集成可调谐激光器及光子芯片，以缓解现有技术中可调谐激光器及光子芯片器件尺寸大，对工艺要求高，实现宽带可调谐困难，外接其它功能器件的集成端口少等技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种混合集成可调谐激光器，包括：半导体光放大器，用于发出光并使所传输的光获得增益；硅基锥形耦合波导，与半导体光放大器键合相连，通过两端的锥形波导结构产生模场分布变化使所传输光进行光场耦合；第一硅基多模干涉反射镜和第二硅基多模干涉反射镜，分别设置于所述激光器的两端，用于使光在激光器内来回反射传导，进而经半导体光放大器的作用获得增益。

在本公开的一些实施例中，所述混合集成可调谐激光器还包括：硅基相移器，与硅基锥形耦合波导相连，用于调节光的相位，该相移器包括一硅波导和设置在其表面的加热电极；硅基环形谐振器，其与硅基相移器相连，包括：第一环形硅波导和设置于其表面的第一环形微加热电极；以及第二环形硅波导和设置于其表面的第二环形微加热电极；

所述硅基环形谐振器通过环形硅波导结构和设置于表面的微加热电极所产生的温度变化实现波长的选定及调谐。

在本公开的一些实施例中，所述的混合集成可调谐激光器，其中，所述第一硅基多模干涉反射镜，包括：第一多模干涉自成像波导；其一侧的两个截面互相垂直；以及第一锥形波导，呈锥形，其较宽一侧与所述第一多模干涉自成像波导耦接，

所述第二硅基多模干涉反射镜，用于光束的传导和反射，包括：第二多模干涉自成像波导；以及第二锥形波导，呈锥形，其较宽一侧与所述第二多模干涉自成像波导耦接；