[发明专利]一种基于光放大器和硅光微腔的激光器

说明书

本发明涉及一种基于光放大器和硅光微腔的激光器，包括：衬底；反射型半导体光学放大器，置于所述衬底上，并在光输入侧镀有抗反射膜，在所述光输入侧的对侧镀有高反射膜；基于亚微米SOI平台的光学微腔，置于所述衬底上，并与所述反射型半导体光学放大器进行倒装焊耦合。本发明能够提高器件集成度，降低耦合损耗与封装成本。

技术领域

本发明涉及硅基光源技术领域，特别是涉及一种基于硅光微腔的激光器。

背景技术

激光雷达凭借着可突破惯性扫描限制，同时实现对目标物高速精确且稳定可靠地追踪。不论是在军事探测还是在商业民用领域中，激光雷达都因其高速、低成本、体积小且高精确度而被广泛研究与应用，如无人驾驶和扫描成像系统等。随着激光雷达小型化的需求日益提升，越来越多的技术人员开始对固态连续波调频(FMCW)激光雷达进行研究。固态FMCW激光雷达使用由光栅耦合器、移相器等器件组成的光学相控阵(OPA)作为扫描部件，由于光栅耦合器自身存在调相灵敏度不足等问题，如果需要实现大范围的纵向扫描，就对激光器的波长调节范围提出了较高的要求。并且由于激光雷达属于相干探测，激光雷达探测的距离极限也与激光器的线宽密切相关。如果需要实现长距离探测，则需要激光器具备更窄的线宽。激光器线宽公式如下所示，其中，hv是光子能量，v_g是群速度，n_sp是粒子数反转因子，α_i是增益系数，α_m代表腔内的损耗，α_H是线宽增强因子，P_out是单端面的最终输出功率。

线宽公式描述了相位和振幅波动引起的激光线宽的光谱展宽。光谱展宽是由不可避免的自发辐射光子对相干激射模式的影响造成的。而量子噪声定义了激光线宽的下限，增加谐振腔的长度将会减小腔内的损耗α_m，进而减小线宽。由于量子噪声极限线宽与发射模式中的自发辐射光子数成正比。增加谐振腔的长度可以使得每个纵模的“冷腔”光谱宽度减少，这样既降低了自发辐射光子数，又增加了对应一定输出功率的谐振腔中的总光子数。但由于基于220nm SOI的硅波导传输损耗较高(约2-3dB/cm)，增加腔长反而会使传输损耗大幅增加，降低激光器输出功率。而基于3μmSOI的硅光波导则具备损耗较低(约0.2dB/cm)、工艺容差小、偏振不敏感、光纤到芯片边缘耦合效率更高以及承受更高的光功率的特点，则能完美应对这一问题。

目前主流的硅基光源的解决方案都是将增益芯片与硅光芯片利用端面耦合器或模斑转换器在片间进行混合集成。这一方案虽然在技术上更加成熟，但仍然面临着耦合损耗较高、难以批量制造等因素制约，因此如何优化耦合方式则变得尤为重要。硅基光电异质集成技术不仅拥有硅材料可大规模CMOS制造的特点，还能够实现传统硅光技术无法媲美的器件指标。采用异质集成的片上光源可替代成本高昂、体积庞大的光纤激光器，具备尺寸小、重量轻、功耗低等优势。然而由于存在自由载流子吸收等效应，其固有的波导传输损耗较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光放大器和硅光微腔的激光器，能够提高器件集成度，降低耦合损耗与封装成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于光放大器和硅光微腔的激光器，包括：

衬底；

基于3微米SOI平台的硅光芯片作为光学微腔，置于所述衬底上；

反射型半导体光学放大器，置于所述衬底上，并在光输入侧镀有抗反射膜，在所述光输入侧的对侧镀有高反射膜；所述反射型半导体光学放大器与所述光学微腔进行倒装焊耦合。