单片集成的InP电光可调谐环形激光器、激光器设备及对应方法技术

一种具有环形腔的可调谐环形激光器，其中所述环形腔包括：至少一个环形谐振器，所述至少一个环形谐振器具有用于引导波的波导；相位调制器，所述相位调制器具有用于引导波的波导；一个或多个功率耦合器，所述一个或多个功率耦合器用于将所述波耦合进出所述至少一个环形谐振器，其中所述至少一个环形谐振器和所述相位调制器的所述波导的横截面被配置为PIN二极管并且充当电折射调制器，使得所述可调谐环形激光器可通过施加反向偏置电压来调谐。环形激光器可通过施加反向偏置电压来调谐。环形激光器可通过施加反向偏置电压来调谐。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单片集成的InP电光可调谐环形激光器、激光器设备及对应方法

技术介绍

[0001]具有窄线宽的可广泛调谐的激光源在高速通信、感测、光谱学、量子光学以及光检测和测距应用中发挥着关键作用。例如，在相干光通信系统中，16正交幅度调制QAM在40Gb/s下需要120kHz的线宽，而升级到64QAM会对激光器线宽产生一百倍的更严格要求。
[0002]已经提出了主动稳定方案来改进自由运行激光器的线宽和频率噪声特性。这种方法在光谱学和感测应用中更加常见。最广泛使用且最强大的技术是Pound
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Drever
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Hall(PDH)频率锁定。在这种技术中，通过使用负电反馈来将激光器锁定到外部光学腔。在二极管激光器的情况下，通常使用两个控制信号；半导体光学放大器(SOA)和外部声光调制器各一个。在允许使用单个控制环路实现PDH锁定的已知方法中，展示出仅受环路延迟限制。这种方法部署了具有高达5MHz带宽的块状铌酸锂单边带调制器。
[0003]近年来，为了将基于芯片的集成激光器的线宽从若干MHz降低到100kHz范围及以下，已经付出了很多努力。已经遵循不同集成策略以实现这一目标。例如，已经展示出具有50
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100kHz本征线宽的单片集成的可调谐分布式布拉格反射器(DBR)激光器。对反射镜进行采样，并对超模DBR光栅进行热调谐。过去也已经报道了基于电流注入调谐的可调谐激光器。然而，由于电流注入的已知线宽加宽机制，因此此类DBR不适用于需要非常低线宽的应用。
[0004]综上所述，本公开旨在实现一种在全频带上提供可调谐性的单模纵波单向环形激光器，其通常用于电信但不限于所述特定领域。对所提出的激光器的调谐不会显著地干扰/加宽激光发射模式的本征线宽，从而使线宽性能与调谐范围内的激光发射波长无关。

技术实现思路

[0005]实现可在特别宽的频带上调谐的环形激光器将是有利的，并且其中调谐不会或几乎不会影响激光发射模式的本征线宽。
[0006]在公开的第一方面，提供了一种具有环形腔的可调谐环形激光器，例如单片集成的InP可调谐环形激光器，其中所述环形腔包括：
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至少一个环形谐振器，所述至少一个环形谐振器具有用于引导波的波导，
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相位调制器，所述相位调制器具有用于引导波的波导，
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功率耦合器，所述功率耦合器用于将所述波耦合进出所述至少一个环形谐振器
[0010]其中所述至少一个环形谐振器和所述相位调制器的所述波导的横截面被配置为PIN二极管并且充当电折射调制器，使得所述可调谐环形激光器可通过施加反向偏置电压来调谐。
[0011]所提出的环形激光器可例如在大约介于1500nm至1650nm之间的波长(例如1550纳米)下操作。此类波长特别适用于电信应用。然而，根据本公开，激光器不限于这种特定

[0012]使用所呈现的环形激光器，可在例如超过30nm的范围内调谐激光发射峰值。这种
单个峰值可通过三个滤波器(即，两个环形谐振器以及环形腔本身)的叠加来实现。这些滤波器的组合可抑制峰值，即除激光发射模式之外的模式。
[0013]根据本公开的激光器的调谐是基于在激光器的调谐区段(即,谐振器和相位调制器)上施加负电压，即，反向偏置。这与诸如热调谐或正向偏置(即，正电压)的其他调谐原理相比是不同的，因为它导致功耗降低，不会干扰激光发射峰值的宽度，并且可更快，因为不会发生像散热的慢速瞬态效应。此外，使用环形谐振器另外减小激光发射峰值的宽度。
[0014]在现有技术中，可使用热元件来执行调谐。热元件致使谐振器的光路长度增大或减小。根据本公开，至少一个环形谐振器通过施加反向偏置电压来调谐。施加反向偏置电压可改变路径长度以及材料本身的本征特性。这是由多个因素造成的，所述多个因素中的一个是分别是普克尔效应和克尔效应的线性电光效应和二次电光效应。
[0015]功率耦合器用于将波耦合进出至少一个环形谐振器。功率耦合器可以是具有例如50％分光比的多模干涉耦合器。另一个选项是将环形谐振器放置成物理上靠近环形腔本身，使得基于腔/环形谐振器的几何形状发生耦合效应。
[0016]优选地，单片集成的环形腔包括两个环形谐振器。
[0017]在另一个实例中，所述环形激光器还包括宽带反射器，所述宽带反射器被布置来将第一传播模式(例如顺时针传播模式)下的发射耦合到与所述第一传播模式相反配置的第二传播模式(例如逆时针传播模式)。
[0018]上述内容确保环形激光器中波的传播方向是单向的。
[0019]在又一个实例中，所述腔还包括被布置用于放大所述腔中的所述波的半导体光学放大器(SOA)。
[0020]半导体光学放大器是例如基于半导体增益介质的光学放大器。所述光学放大器可看起来像激光二极管，其中端反射镜已被抗反射涂层替代。
[0021]需注意，半导体光学放大器(SOA)可包括InGaAsP多量子阱基材料。
[0022]根据上述内容，本公开可涉及单片集成的单向单模环形激光器。在多项目晶圆运行的框架中，可使用可商购获得的基于InP的集成技术来制造激光器。两个环形谐振器的透射光谱的游标(Vernier)效应可与略微不同的周长一起使用以选择激光发射模式。通过主要地部署电压控制的电光效应，可在反向偏置操作中调谐两个环形谐振器。
[0023]根据本公开的可调谐激光器也可使用硅技术来制造，其中调制器以及半导体光学放大器可使用结合技术集成在硅波导的顶部上。在此类实现方式中，模式可从硅波导行进到作为相位调制器的InP波导，并且然后再次返回到硅。
[0024]与热调谐不同，由于反向偏置操作，这种调谐机制避免了显著的片上散热，并且同时不会增大激光器的线宽。这与电流注入调谐形成对比，所述电流注入调谐众所周知会造成显著的线宽加宽以及显著的散热。环形谐振器还有助于减小线宽，因为它们增大了腔的有效长度。一般来说，环形激光器可遭受方向性问题。然而，在此，激光器的单向操作可通过将逆时针传播模式耦合到顺时针模式(反之亦然)的宽带反射器来确保。
[0025]此反射镜可不具有高反射率带涂层刻面，而是可合适地放置在激光器的两个输出端口中的一个处的多模干涉反射。有效地，然后可将单向激光器放置在管芯/芯片中的任何地方，而不必连接到反射刻面。
[0026]在另一个实例中，波导中的任一个是蚀刻脊形波导，其中所述蚀刻脊形波导的横
截面是垂直PIN二极管并且充当电折射调制器ERM。
[0027]在另一个实例中，环形腔包括具有不同半径的两个环形谐振器。
[0028]两个环形谐振器的半径例如可以是120μm和123μm长，或可相当的任何长度。然后，所得的路径长度的差值可等于约18.85μm。两个环形谐振器可使用具有例如50％分光比的2
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1多模干涉MMI耦合器来实现。一个环形谐振器的总周长(包括MMI的长度)可以是1.400mm，而第二环形谐振本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种具有环形腔的可调谐环形激光器，其中所述环形腔包括：
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至少一个环形谐振器，所述至少一个环形谐振器具有波导，
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相位调制器，所述相位调制器具有波导，
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一个或多个功率耦合器，所述一个或多个功率耦合器用于将波耦合进出所述至少一个环形谐振器，其中所述至少一个环形谐振器和所述相位调制器的所述波导的横截面被配置为PIN二极管并且充当电折射调制器，使得所述可调谐环形激光器能够通过施加反向偏置电压来调谐。2.根据权利要求1所述的可调谐环形激光器，其中所述一个或多个功率耦合器是多模干涉(MMI)耦合器。3.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐环形激光器，其中所述环形腔包括两个环形谐振器。4.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐环形激光器，其中所述环形激光器还包括宽带反射器，所述宽带反射器被布置来将第一传播模式例如顺时针传播模式下的发射耦合到与所述第一传播模式相反配置的第二传播模式例如逆时针传播模式。5.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐环形激光器，其中所述腔还包括被布置用于放大所述腔中的所述波的半导体光学放大器SOA。6.根据权利要求5所述的可调谐环形激光器，其中所述SOA包括InGaAsP多量子阱基材料。7.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐环形激光器，其中所述波导中的任一个是蚀刻脊形波导，其中所述蚀刻脊形波导的横截面是垂直PIN二极管并且充当电折射调制器ERM。8.根据前述权利要求中任一项所述的可调谐环形激光器，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡诺斯，
申请(专利权)人：思敏光子控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：