一种空间耦合窄线宽半导体外腔激光器的制作方法

本发明涉及一种半导体外腔激光器,属于光通信,具体涉及一种空间耦合窄线宽半导体外腔激光器。

背景技术：

1、随着光电子技术的快速发展,半导体激光器在航空航天、材料加工、军事、医疗等领域具有广泛的应用。而窄线宽半导体激光器因其具有窄线宽、低噪声、高稳定性、高相干性和良好的动态单模特性,成为远距离空间光通信、高灵敏度光学传感以及能源探测等领域的核心光源器件,在高精度相干激光雷达、精密光纤传感器、卫星间通信及光纤相干通信领域有着极其广泛的应用。

2、当前国内外市场成熟的窄线宽激光器主要有两种:窄线宽光纤激光器和窄线宽半导体外腔激光器,其中窄线宽半导体外腔激光器具有更加出色的环境适应性、超低的低频相对强度噪声、较低的相位噪声和较小的外形尺寸等优点,市场应用更加广泛。窄线宽半导体外腔激光器的核心技术之一是设计稳定可靠的光学滤波器作为外腔的选频元件,限制增益谱内谐振的纵模数,从而实现单一纵模震荡。目前市面上的窄线宽半导体外腔激光器,多采用布拉格光栅作为外腔中光学滤波选频的元件,与半导体增益芯片构成外腔半导体激光器。采用布拉格光栅作为激光器的波长选频元件对布拉格光栅的带宽要求比较严格,并且布拉格光栅的制作工艺复杂、制作成本较高且容易受到环境的影响,稳定性较差。因此需要设计一种低成本、稳定性好的窄线宽半导体外腔激光器,克服上述现有技术存在的缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种空间耦合窄线宽半导体外腔激光器，以解决现有窄线宽半导体外腔激光器制作工艺复杂、制作成本较高且容易受到环境的影响,稳定性较差的问题。

2、本发明公开了一种空间耦合窄线宽半导体外腔激光器，包括：

3、反射型半导体增益芯片和硅光芯片；

4、所述反射型半导体增益芯片，两端面分别镀有高反射膜与增透膜，高反射膜一侧接收外界光线，增透膜一侧发出经过增益后的光线；

5、所述硅光芯片，所述硅光芯片位于反射型半导体增益芯片增透膜一侧，其一侧镀有高反射膜，所述硅光芯片一方面用于光学滤波，另一方面选择性的将部分光反射回反射型半导体增益芯片，并将部分光透过高反射膜照射出去，所述硅光芯片未镀膜一侧光路与所述反射型半导体增益芯片光路相耦合。

6、作为上述技术方案的进一步改进：

7、所述硅光芯片包括两个或两个以上的环形谐振器，所述环形谐振器共同组成了光学滤波器，用于过滤出目标波长，抑制其他波段的光。

8、所述硅光芯片还包括两个或两个以上的模斑变换器，作为硅光芯片的光学接口，用于有效耦合芯片波导和外界光路，解决硅光芯片波导和外界光路光斑不匹配问题。

9、所述硅光芯片还包括一个或一个以上的螺线型波导。用于吸收余光,减小干扰。

10、所述硅光芯片的环形谐振器和部分波导上附有热电极，通过调节电流大小控制所述热电极发热，控制光学滤波器输出光的波长和输出光的相位。

11、所述反射型半导体增益芯片和硅光芯片之间设置有第一光学透镜，用于协助耦合所述反射型半导体增益芯片及硅光芯片之间的光路。

12、还包括第二光学透镜、光隔离器、第三光学透镜和输出光纤，所述第二光学透镜设置于硅光芯片与光隔离器之间，用于耦合硅光芯片与光隔离器的光路；光隔离器位于硅光芯片镀有高反射膜一侧，用于抑制来自输出光纤中的反射光；所述第三光学透镜位于光隔离器与所述输出光纤之间，用于耦合所述光隔离器与所述输出光纤的光路。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、本发明的空间耦合窄线宽半导体外腔激光器，采用硅光芯片作为外腔的选频原件,该硅光芯片包含环形谐振器、螺线型波导和模斑变换器,多个环谐振器相互配合实现了激光输出波长的选择,螺线型波导用于吸收杂光,模斑变换器用于耦合外界光路和硅光芯片波导,几者相互配合共同保证了窄线宽半导体外腔激光器长期、稳定的单频运转;通过调节电流大小控制加热电极发热,影响芯片的波导率,一方面控制光学滤波器输出光的波长,另一方面控制输出光的相位,实现窄线宽半导体外腔激光器输出光波长的自主调节。

15、反射型增益芯片、用于选频的硅光芯片和用于协助光路耦合的透镜共同组成了光学谐振腔,保证了激光器低成本、稳定性好、相位噪声较低的特性,可以满足当前高精度相干激光雷达、精密光纤传感器、卫星间通信及光纤相干通信等领域的大部分应用要求。

16、附图说明

17、图1为本发明整体结构示意图；

18、图2为本发明硅光芯片结构示意图。

技术特征：

1.一种空间耦合窄线宽半导体外腔激光器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的空间耦合窄线宽半导体外腔激光器，其特征在于，所述硅光芯片(3)包括两个或两个以上的环形谐振器，所述环形谐振器共同组成了光学滤波器，用于过滤出目标波长，抑制其他波段的光。

3.根据权利要求2所述的空间耦合窄线宽半导体外腔激光器，其特征在于，所述硅光芯片(3)还包括两个或两个以上的模斑变换器，作为硅光芯片(3)的光学接口，用于有效耦合芯片波导和外界光路。

4.根据权利要求3所述的空间耦合窄线宽半导体外腔激光器，其特征在于，所述硅光芯片(3)还包括一个或一个以上的螺线型波导。

5.根据权利要求4所述的空间耦合窄线宽半导体外腔激光器，其特征在于，所述硅光芯片(3)的环形谐振器和部分波导上附有热电极,通过调节电流大小控制所述热电极发热，控制光学滤波器输出光的波长和输出光的相位。

6.根据权利要求5所述的空间耦合窄线宽半导体外腔激光器，其特征在于，所述反射型半导体增益芯片(1)和硅光芯片(3)之间设置有第一光学透镜(2)，用于协助耦合所述反射型半导体增益芯片(1)及硅光芯片(3)之间的光路。

7.根据权利要求6所述的空间耦合窄线宽半导体外腔激光器，其特征在于，还包括第二光学透镜(4)、光隔离器(5)、第三光学透镜(6)和输出光纤(7)，所述第二光学透镜(4)设置于硅光芯片(3)与光隔离器(5)之间，用于耦合硅光芯片(3)与光隔离器(5)的光路；光隔离器(5)位于硅光芯片(3)镀有高反射膜一侧，用于抑制来自输出光纤(7)中的反射光；所述第三光学透镜(6)位于光隔离器(5)与所述输出光纤(7)之间,用于耦合所述光隔离器(5)与所述输出光纤(7)的光路。

技术总结
本发明公开了一种空间耦合窄线宽半导体外腔激光器，包括：反射型半导体增益芯片和硅光芯片；所述反射型半导体增益芯片，两端面分别镀有高反射膜与增透膜，高反射膜一侧接收外界光线，增透膜一侧发出经过增益后的光线；所述硅光芯片，所述硅光芯片位于反射型半导体增益芯片增透膜一侧，其一侧镀有高反射膜，所述硅光芯片一方面用于光学滤波，另一方面选择性的将部分光反射回反射型半导体增益芯片，并将部分光透过高反射膜照射出去，所述硅光芯片未镀膜一侧光路与所述反射型半导体增益芯片光路相耦合。以解决现有窄线宽半导体外腔激光器制作工艺复杂、制作成本较高且容易受到环境的影响,稳定性较差的问题。

技术研发人员：梁帆,李晓彤,章旺,孙昕阳,侯崇广
受保护的技术使用者：芯联新（河北雄安）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16