外腔可调谐半导体激光器的制作方法

本公开涉及激光器领域，更具体地涉及一种外腔可调谐半导体激光器。

背景技术：

1、可调谐窄线宽激光器在相干光通信、激光雷达、精密干涉测量、密集波分复用、气体浓度检测等领域有着广泛的应用。尤其随着通信容量的增加，相干光通信需要提供更大的带宽和传输速度，这就对激光器的线宽和调谐速度的要求越来越高。因此，对具有高调谐速度、大的波长调谐范围和窄线宽的半导体激光器的需求越来越高。

2、目前可调谐激光器可分为单片集成式与外腔式两大类。单片集成主要包括分布布拉格反射(distributed bragg reflector，dbr)、取样光栅dbr、超光栅dbr和阵列dbr等。这一类激光器的集成度高，尺寸小，调谐速度快，但是结构复杂，制作工艺难度较大，且线宽不能满足相干光通信的要求，从而限制在100gbit/s及高速相干光通信系统中的应用。外腔式激光器从结构上主要包括闪耀光栅选模、光纤光栅、波导环腔、微环等外腔选模结构，由于增加外腔的缘故，这种结构可在实现大范围波长调谐的同时压窄输出线宽，这种外腔激光器可以实现线宽低于100khz的波长输出。现有技术中外腔由分立器件组成，其结构复杂，容易受到环境振动的影响，并且分立器件之间的耦合较为复杂。同时，目前的可调谐窄线宽激光器受限于单个增益芯片的增益谱范围，可实现的波长调谐范围较小。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的所述以及其他方面的至少一种技术问题，本公开提供一种外腔可调谐半导体激光器，能够实现较大波长范围的可调谐的窄线宽激光。

2、根据本公开的一个方面，提供了一种外腔可调谐半导体激光器，包括：

3、增益模块，包括多个增益芯片，上述增益芯片适用于提供初始激光，多个上述增益芯片的增益谱覆盖范围不重叠，以扩大上述初始激光的增益带宽；

4、光开关模块，适用于对上述初始激光进行分束，以使多路输出端口输出分束激光；以及

5、光选模模块，包括多个选模组件，多个上述选模组件分别适用于基于上述分束激光选择输出多路输出激光，并基于上述输出激光获得反馈光，其中，每路输出激光具有特定的波长，以输出波长范围的可调谐的窄线宽激光。

6、根据本公开的实施例，上述光开关模块包括多级串联和/或并联的分束器，每个上述分束器包括：

7、多个输入端口，适用于接收输入激光；

8、多个光波导组件，适用于改变上述输入激光的折射率，以对输入激光进行相位调制；

9、多个输出端口，适用于输出经相位调制的上述输入激光；以及

10、多个第一波导耦合器，适用于将折射率改变的上述输入激光按比例分配至多个输出端口输出，

11、其中，第一级分束器的输入激光为初始激光和反馈光，最后一级分束器输出的激光为分束激光。

12、根据本公开的实施例，每个上述光波导组件包括：

13、多个第一光波导，适用于接收输入激光；以及

14、多个第一热电极，分别设置在上述第一光波导上，适用于通过加热对上述输入激光进行相位调制。

15、根据本公开的实施例，每个上述选模组件包括：

16、多个环形器，适用于将上述分束激光沿环形路径传播；以及

17、直线光波导，与上述环形器构成微环谐振腔；

18、其中，上述分束激光输入至上述直线光波导中，一部分上述分束激光耦合至上述环形器中，上述分束激光在上述环形器内发生干涉，以增强特定波长的分束激光，进而获得具有特定波长的输出激光。

19、根据本公开的实施例，上述环形器上设置有第二热电极，通过调节上述第二热电极的电流以调节上述环形器的温度，改变上述分束激光在上述环形器中的折射率，进而调节多个上述微环谐振腔的自由光谱范围，以获得具有特定波长的输出激光。

20、根据本公开的实施例，每个上述选模组件还包括：

21、第二波导耦合器，适用于将一部分上述输出激光经光耦合器和输出光纤输出，将另一部分上述输出激光作为反馈光原路返回至上述增益模块。

22、根据本公开的实施例，上述增益模块对上述反馈光进行再次放大，利用上述光开关模块和光选模模块对上述反馈光和初始激光进行处理，以输出稳定的输出激光。

23、根据本公开的实施例，上述增益模块与上述光开关模块的耦合方式为端面直接耦合、透镜耦合以及光纤耦合中的任一种。

24、根据本公开的实施例，上述外腔可调谐半导体激光器还包括：

25、绝缘衬底，设置于上述光开关模块以及上述光选模模块的下方；

26、其中，上述绝缘衬底的材料包括硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅以及磷化铟中的任一种。

27、根据本公开的实施例，上述增益芯片的出射端面镀有增透膜，上述增透膜适用于增大上述初始激光的透过率；

28、其中，上述增益芯片在电流的作用下由上述出射端面激发出上述初始激光。

29、根据本公开实施例的外腔可调谐半导体激光器，通过采用多个增益谱覆盖范围不重叠的增益芯片，扩大了初始激光的增益带宽，配合设置光开关模块对初始激光进行分束，并由多路输出端口输出分束激光，通过设置包括多个选模组件的光选模模块，可基于从多路输出端口输出的分束激光选择输出多路输出激光，并基于输出激光获得反馈光，每路输出激光具有特定的波长，实现了较宽波长范围的可调谐的窄线宽激光。

技术特征：

1.一种外腔可调谐半导体激光器，包括：

2.根据权利要求1所述的外腔可调谐半导体激光器，其中，所述光开关模块包括多级串联和/或并联的分束器，每个所述分束器包括：

3.根据权利要求2所述的外腔可调谐半导体激光器，其中，每个所述光波导组件包括：

4.根据权利要求1所述的外腔可调谐半导体激光器，其中，每个所述选模组件包括：

5.根据权利要求4所述的外腔可调谐半导体激光器，其中，所述环形器上设置有第二热电极，通过调节所述第二热电极的电流以调节所述环形器的温度，改变所述分束激光在所述环形器中的折射率，进而调节多个所述微环谐振腔的自由光谱范围，以获得具有特定波长的输出激光。

6.根据权利要求5所述的外腔可调谐半导体激光器，其中，每个所述选模组件还包括：

7.根据权利要求6所述的外腔可调谐半导体激光器，其中，所述增益模块对所述反馈光进行再次放大，利用所述光开关模块和光选模模块对所述反馈光和初始激光进行处理，以输出稳定的输出激光。

8.根据权利要求1所述的外腔可调谐半导体激光器，其中，所述增益模块与所述光开关模块的耦合方式为端面直接耦合、透镜耦合以及光纤耦合中的任一种。

9.根据权利要求1所述的外腔可调谐半导体激光器，其中，还包括：

10.根据权利要求1所述的外腔可调谐半导体激光器，其中，所述增益芯片的出射端面镀有增透膜，所述增透膜适用于增大所述初始激光的透过率；

技术总结
本公开提供了一种外腔可调谐半导体激光器，该外腔可调谐半导体激光器包括增益模块、光开关模块和光选模模块。增益模块包括多个增益芯片，增益芯片适用于提供初始激光，多个增益芯片的增益谱覆盖范围不重叠，以扩大初始激光的增益带宽；光开关模块适用于对初始激光进行分束，以由多路输出端口输出分束激光；以及光选模模块包括多个选模组件，多个选模组件分别适用于基于分束激光选择输出多路输出激光，并基于输出激光获得反馈光，其中，每路输出激光具有特定的波长，以输出波长范围的可调谐的窄线宽激光。

技术研发人员：班德超,王文亭,田震,金亚,付孟博,祝宁华
受保护的技术使用者：雄安创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17