[发明专利]抗外部光反馈的混合集成外腔半导体激光器

说明书

本发明公开一种抗外部光反馈的混合集成外腔半导体激光器，由有源增益放大芯片和无源光子芯片组成，在无源光子芯片的光波导上依次设有波导位相控制区、波导滤波反馈区和波导偏振旋转器，有源增益放大芯片的光波导发出的光耦合到无源光子芯片的光波导中，有源增益放大芯片与无源光子芯片的耦合端面镀有光学抗反射膜，有源增益放大芯片的另一端面镀有光学高反射膜，由波导位相控制区和波导滤波反馈区构成的外腔波导结构具有偏振非对称性，即TE基模和TM基模的有效光折射率不同；外腔半导体激光器产生的激光进入波导偏振旋转器并由其将入射光的偏振方向旋转45度角。本发明实现了无光学隔离器的外腔激光的抗干扰运行，降低了成本和工艺复杂性。

技术领域

本发明涉及一种抗外部光反馈的外腔半导体激光器，特别涉及一种无需光学隔离器、可以芯片集成的抗外部光反馈的混合集成外腔半导体激光器。

背景技术

光子集成芯片的发展趋势是向以CMOS为基础的硅半导体平台进行的转移，具体代表就是硅光子技术，即在硅晶圆上利用CMOS半导体工艺和技术，实现高性能、低成本的光器件和系统的大规模集成和制造。

在硅光集成技术(包括但不限于硅基的氧化硅、硅、氮化硅等)的发展应用中，由于硅是间接带隙半导体，不能发光，任何跟发光相关的功能要依赖化合物半导体来实现。化合物半导体发光功能向硅光芯片的集成通过混合集成的方式来实现。

一般对于半导体激光器而言，由于其运行稳定性要求，在器件封装时在激光出光前的光路里放有光学隔离器，以防止由外部的光学反射等导致一些激光反馈或反射回到激光腔內，进而引起激光器的不稳定性和跳膜。一般光学隔离器都是自由空间形态，核心由磁光材料构成，通过法拉第效应的光偏振旋转来改变光在传输中的偏振态并通过正交的偏振片实现回传的反射光的隔离。

但是，在硅光集成芯片技术中要实现激光器对在传输中产生的外部光反馈的隔离，一个途径是将基于磁性材料的光隔离器和硅光芯片进行在片集成。但是由于属于不同的材料体系，磁性材料光隔离器向硅片的集成对工艺要求苛刻，难度非常高，由于良率等原因，实现成本非常昂贵，并且性能不佳。所以，怎么能够实现在硅片集成的激光器中实现对反射或外部反馈的容忍，是一个很大的挑战。

目前的硅光芯片的在片集成的激光系统，除了量子点增益结构的激光器对外来光反馈有一定的抗干扰性外，对于其它类型的激光器，包括多量子阱的FP激光器、DFB激光器和DBR激光器，都需要在输出光路上有光学隔离器，硅片集成的外腔激光器也需要光隔离器。

如图1所示，是现有的半导体激光器和光学隔离器的封装系统107，其中半导体激光芯片101，一般是基于化合物半导体材料，如(不限于)GaAs或InP等，在有电流注入的情况下，通过电光转换发出光子。半导体激光芯片101的左端面102，一般为高反射端面，镀有高反射模。半导体激光芯片101的右端面103为出光端面，镀有抗反射膜。半导体激光芯片产生的激光在光波导104中增益放大并传导，由芯片101的右端面103出射。准直光学105对半导体激光器104发出的光进行准直后经过自由空间光学隔离器106由封装系统107的出射窗口108出射。光学隔离器106的目的是防止在光学窗口及以外(右)受到反射的激光反馈回到激光器，因为这些反射光会造成干扰导致激光腔的不稳定，高噪声，甚至跳模。一般自由光学隔离器的核心是磁光材料构成，通过法拉第效应的光偏振旋转来改变光在传输中的偏振态(TE/TM转变为TM/TE)，并通过正交的双偏振片来实现回传的反射光消光隔离。由于是自由空间组件和磁性材料，光学隔离器和芯片的集成一直是个难题和挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗外部光反馈的混合集成外腔半导体激光器，无需光学隔离器且可以芯片集成，还可以通过简单的对接工艺和无源光子集成芯片的实现混合集成，实现了无光学隔离器的外腔激光的抗干扰运行，降低了成本和工艺复杂性。