多通道可调激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多通道可调激光器，尤其涉及一种使用半个阵列波导光栅(AWG)调谐多个光通道的宽范围可调多通道激光器以及一种多通道调谐激光的方法。
【背景技术】
[0002]波长捷变单频激光二极管被认为是各种电信应用的必要部件。这种激光二极管可以用作固定波长发射器的替代物。当波长复用(WDM)通信系统在大量光波长通道上操作时，大量固定波长发射器必须作为备件，这产生了很高的额外成本。然而，利用能够在任意可用光通道上操作的宽范围可调激光器，成本可以明显降低。可调激光器正变为光网络的关键使能部件。它们可以用于分组交换、波长转换和光调制等功能，从而使光网络更为灵活。除这些应用之外，可调激光器或激光二极管对于传感应用以及基于布拉格光纤光栅(FBG)的传感器设备也是有吸引力的光源。
[0003]电信系统中需要可调激光器，尤其是需要优化用于调谐以实现在设备的全波长范围内维持窄线宽的集成多通道宽范围可调(即，全C波段)激光器。当前，行业公司使用不同的方法来实现可调激光器，例如，电子束曝光、DSDBR(分布式超模分布布拉格反射)或使用多个SOA (半导体光放大器)。当前可用的可调激光器具有严苛的工艺或者遭受大封装的影响。由于芯片空间的浪费或者制造工艺的复杂性，这两者均导致成本较高。
[0004]需要提供一种易于制造的多通道可调激光器，尤其是提供一种需要较小芯片空间并且在芯片制造工艺中易于生产的多通道可调激光器。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种易于制造的在全光波长光谱上实现窄线宽的宽范围可调激光器。
[0006]此目的可以通过独立权利要求的特征来实现。其它实施形式在从属权利要求、具体说明和附图中显而易见。
[0007]为了详细描述本发明，将使用下列术语、缩略语和符号:
[0008]AffG: 阵列波导光栅，
[0009]FBG:布拉格光纤光栅，
[0010]DSDBR: 分布式超模分布布拉格反射，
[0011]SOA: 半导体光放大器，
[0012]C波段: 1530nm至1565nm之间的波长范围，标准化为一个特定电信窗口。
[0013]根据第一方面，本发明涉及一种多通道可调激光器，包括:选频光复用器、多个通道路径，以及多个光调谐器。每个通道路径耦合至所述多个通道终端中的相应通道终端并包括增益元件、相位元件和反射元件；每个光调谐器用于调谐所述多个通道波导块中的相应通道波导块的所述通道波导。所述选频光复用器包括:多个用于接收/传输光的通道终端；多个通道波导块，每个通道波导块包括至少一个反射终端通道波导；以及光耦合所述多个通道终端和所述多个通道波导块的光耦合元件，所述多个通道波导块的每个所述通道波导具有不同的长度。
[0014]这种多通道可调激光器提供宽范围调谐，因为不同激射模式可以由穿过所述至少一个通道波导块的光束提供。所述光复用器是频率选择性的并且所述通道波导的结构允许在多个通道的全光波长光谱中产生窄线宽激射模式，每个通道波导的长度不同。由于所述通道波导块被反射式终结以反射穿过所述通道波导的所述光束并被耦合至所述光耦合元件，其中不同波长被叠加以产生所述不同光通道的所述激射模式，所以相比于基于阵列波导光栅的传统(单通道)可调激光器，所述通道波导的长度可以缩短。
[0015]在根据所述第一方面的所述多通道可调激光器的第一可能实施形式中，所述选频光复用器包括半个阵列波导光栅复用器。
[0016]通过使用半个阵列波导光栅复用器，芯片空间可以减少，从而所述可调激光器可以易于制造并且成本有效。此外，光束传输一半距离所导致的能耗可以降低。因此，可以节省光放大器。
[0017]在根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的所述第一实施形式的所述多通道可调激光器的第二可能实施形式中，所述至少一个反射终端通道波导的反射终端在所述光耦合元件之外。
[0018]当所述至少一个反射终端通道波导的所述反射终端在所述光耦合元件之外时，所述反射终端的产生可以与所述光耦合元件的产生解耦。这可以提高制造公差并且可以使生产更为简单。
[0019]在根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任意前述实施形式的所述多通道可调激光器的第三可能实施形式中，所述至少一个反射终端通道波导的所述反射终端包括反射膜、宽带光栅和反射镜中的一个。
[0020]所述反射终端可以由多个反射构件实现。因此，反射终端的产生可以适于特定使用，从而使所述多通道可调激光器在多种不同要求下均可灵活应用。
[0021]在根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任意前述实施形式的所述多通道可调激光器的第四可能实施形式中，所述多个光调谐器用于基于以下项中的至少一项修改所述通道波导的折射率:热调谐、电流注入、电压、应力。
[0022]所述多通道可调激光器的设计非常灵活。根据应用激光器的要求和环境，可以应用上述不同的光调谐技术。
[0023]在根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任意前述实施形式的所述多通道可调激光器的第五可能实施形式中，所述多个光调谐器是独立可调的。
[0024]当所述多个光调谐器独立可调时，可以应用使用游标效应的非连续调谐以及超模之间的连续调谐这两种技术来访问所有腔模，从而提供较高程度的调谐灵活性。
[0025]在根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任意前述实施形式的所述多通道可调激光器的第六可能实施形式中，所述光耦合元件包括自由传播区域，其耦合所述多个通道终端和所述多个通道波导块，使得穿过所述多个通道波导块的光束建设性和破坏性地干扰所述自由传播区域。
[0026]这种自由传播区域使得光从所述通道终端衍射出，在所述自由传播区域中传播，并且照射所述通道波导，例如利用高斯分布。从每个波导衍射出的光可以建设性和破坏性地干扰所述自由传播区域。
[0027]在根据所述第一方面的所述第六实施形式的所述多通道可调激光器的第七可能实施形式中，设计所述自由传播区域使得由至少一个所述光调谐器调谐的光束在不干扰另一个所述光调谐器调谐的光束的情况下在所述自由传播区域中传播。
[0028]当由其中一个所述光调谐器调谐的光束在不干扰另一个所述光调谐器调谐的光束的情况下在所述自由传播区域中传播时，所述激光器的所述不同光通道可以由所述光调谐器独立调谐。
[0029]在根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任意前述实施形式的所述多通道可调激光器的第八可能实施形式中，所述光耦合元件包括多星形耦合器。
[0030]作为一个光耦合器实现的多个并行星形耦合器对应的这种多星形耦合器能够以功率节省方式将穿过所述通道波导块的不同分支的光束进行光合路。通过选择所述多星形耦合器的每个星形耦合器的耦合比，所述激光器可以以最小输入电流提供最大输出功率。
[0031]在根据所述第一方面的所述第九实施形式的所述多通道可调激光器的第九可能实施形式中，所述多星形耦合器被设计用于将所述通道波导的相应部分耦合至所述多个通道终端中的相应通道终端。
[0032]通过使用这种多星形耦合器，可以实现多个独立光通道，每个光通道与所述光耦合器的其中一个光终端关联。
[0033]在根据所述第一方面的所述第八实施形式或所述第九实施形式的所述多通道可调激光器的第十可能实施形式中，所述多星形耦合器基于罗兰圆设计。
[0034]所述罗兰圆是一种直径等于凹面衍射光栅的曲率半径的圆。所述罗兰圆具有以下属性:如果在所述罗兰圆的圆周的任意位置放置一个切口，则在准确焦距处会产生不同阶次光谱，并且还环绕所述罗兰圆的圆周。因此，所述多通道激光器能够非常高效准确地耦合所述光通道。
[0035]在根据所述第一方面的所述第十实施形式的所述多通道可调激光器的第十一可能实施形式中，设计所述罗兰圆的角度，使得在所述多个通道终端中的不同通道终端中传播的光束不干扰。
[0036]当在所述多个通道终端中的不同通道终端中传播的光束不干扰时，所述激光器的所述不同通道可由所述第二光调谐器独立调谐。
[0037]在根据如上所述第一方面或根据所述第一方面的任意前述实施形式的所述多通道可调激光器的第十二可能实施形式中，所述光调谐器用于调谐所述通道波导以在每个所述通道路径中产生单频光；或者用于调谐所述通道波导以在每个所述通道路径中产生全预定频率范围内的光。
[0038]通过这种光调谐器，所述多通道可调激光器可以灵活地产生单频光通道或全频段光通道。
[0039]在根据所述第一方面的所述第十二实施形式的所述多通道可调激光器的第十三可能实施形式中，所述光调谐器用于调谐所述通道波导以在每个所述通道路径中产生不同的单频或者产生相同的单频。
[0040]通过这种光调谐器，所述多通道可调激光器可以灵活地产生多个光通道，每个光通道具有不同的单频或者每个光通道具有相同的单频。
[0041]根据第二方面，本发明涉及一种多通道调谐激光的方法，所述方法包括:选频光复用器的多个通道终端接收/传输光束，每个通道终端耦合至多个通道路径中的相应通道路径，其中每个通道路径包括增益元件、相位元件和反射元件；所述选频光复用器包括多个通道波导块，每个通道波导块包括至少一个反射终端通道波导，以及光耦合所述多个通道终端和所述多个通道波导块的光耦合元件，所述多个通道波导块中的每个所述通道波导块具有不同的长度；以及多个光调谐器调谐相应通道波导块的所述通道波导，每个光调谐器耦合至所述多个通道波导块中的相应通道波导块。
[0042]这种方法提供了宽范围调谐，因为不同激射模式可以由穿过所述至少一个通道波导块的光束提供。所述光复用器是频率选择性的并且所述通道波导的结构允许在多个通道的全光波长光谱中产生窄线宽激射模式，每个通道波导的长度不同。
[0043]根据第三方面，本发明涉及一种使用具有高反射膜和两个调谐元件的半个阵列波导光栅(AWG)的多通道可调激光器，所述两个调谐元件热调谐一半AWG分支以从半个AWG中创建两个AWG。
[0044]所述多通道可调激光器可使用具有高反射(HR)膜和调谐元件的阵列波导光栅，所述调谐元件热调谐一半AWG分支以从所述半个AWG中创建两个AWG。这两个AWG可以或不可以共享相同的多星形耦合器或者其它组合方法。所述AWG作为所述激光器的外腔，所述半个AWG降低了芯片封装、制造工艺的复杂性，从而降低芯片成本。无源啁啾光栅用作宽