一種基于陣列波導(dǎo)光柵的混合集成外腔可調(diào)激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于陣列波導(dǎo)光柵的混合集成外腔可調(diào)激光器技術(shù)，具體地說是一種采用半導(dǎo)體增益管芯與硅基光波導(dǎo)器件芯片混合集成的外腔可調(diào)諧激光器實現(xiàn)技術(shù)方案，該發(fā)明的激光器可用于光通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的不斷增加，尤其是高清視頻和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，對網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求越來越高。現(xiàn)有通信系統(tǒng)正在向100Gbit/s，甚至更高速率的400Gbit/s通信系統(tǒng)發(fā)展。在高速DWDM通信系統(tǒng)中，高性能的可調(diào)諧激光器扮演著重要的角色，高速相干通信系統(tǒng)對可調(diào)諧激光器提出了寬調(diào)諧范圍、高頻率穩(wěn)定性、窄線寬、大功率、低功耗、小體積等特性指標(biāo)要求。
[0003]目前，實現(xiàn)系統(tǒng)要求的可調(diào)諧激光器技術(shù)方案主要有單片集成半導(dǎo)體可調(diào)諧激光器、外腔可調(diào)諧激光器和硅基激光器等。其中，單片集成型半導(dǎo)體可調(diào)諧激光器主要是通過改變光柵區(qū)折射率或改變管芯溫度的方法實現(xiàn)波長的可調(diào)諧，具有體積小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，已有商用產(chǎn)品運用于高速多通道相干通信系統(tǒng)，但是單片集成多段波導(dǎo)技術(shù)難度很大，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的光柵制作更是困難，難以實現(xiàn)低成本大規(guī)模的生產(chǎn)。傳統(tǒng)的外腔可調(diào)諧激光器通過機械的方式改變外腔衍射光柵的位置選擇不同的振蕩波長，具有調(diào)諧范圍大、線寬窄等優(yōu)點，也已有商用產(chǎn)品成功的運用于高速多通道相干通信系統(tǒng)，但是傳統(tǒng)外腔結(jié)構(gòu)激光器體積較大，不利于小型化，為了滿足應(yīng)用的需求近些年提出了微機械調(diào)諧的器件，體積大大縮小，調(diào)諧速度提高，但穩(wěn)定性較差。硅基光電子集成具有十分誘人的前景。但由于硅是間接帶隙材料，發(fā)光效率非常低，在硅基發(fā)光器件的研宄上有著很難逾越的困難。硅基混合型激光器的出現(xiàn)給硅基光子學(xué)研宄帶來了極大的鼓舞，隨著硅基光子器件的深入研宄，硅基長波長探測器、硅基光調(diào)制器和光開關(guān)獲得了突破性進(jìn)展，但是相對于其他硅基光子器件，硅基發(fā)光和激光器是目前最薄弱的環(huán)節(jié)，目前普遍認(rèn)同的是將II1-V族的激光器增益管芯與硅基光波導(dǎo)芯片混合集成構(gòu)成外腔激光器的方法。本工作提出一種基于陣列波導(dǎo)光柵的混合集成外腔可調(diào)激光器技術(shù)方案，采用光波導(dǎo)芯片與半導(dǎo)體增益管芯端面耦合的方式制作可調(diào)諧激光器，克服了單片集成半導(dǎo)體激光器復(fù)雜的工藝限制，同時其外腔部分采用芯片集成方式，解決了傳統(tǒng)外腔可調(diào)激光器由于外腔分立元件多帶來的穩(wěn)定性差的問題。另外，由于該結(jié)構(gòu)激光器的集成度較高，提高了耦合封裝的效率、有利于后期的批量生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是通過半導(dǎo)體增益管芯與基于陣列波導(dǎo)光柵的光波導(dǎo)芯片端面耦合方式，獲得一種基于陣列波導(dǎo)光柵的混合集成外腔可調(diào)諧激光器，具有穩(wěn)定性好、線寬窄、易于集成等優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明的實現(xiàn)方式為:
[0006]1、通過半導(dǎo)體增益管芯與基于陣列波導(dǎo)光柵的光波導(dǎo)芯片端面耦合構(gòu)成外腔可調(diào)激光器，該激光器主要由帶有陣列波導(dǎo)光柵和陣列波導(dǎo)反射可控組件的光波導(dǎo)器件芯片、半導(dǎo)體增益管芯、準(zhǔn)直親合透鏡、光隔離器、分光束器、光探測器、輸出親合透鏡、輸出光纖、半導(dǎo)體制冷器、熱敏電阻和控制與驅(qū)動單元等幾部分構(gòu)成。
[0007]2、基于陣列波導(dǎo)光柵的光波導(dǎo)芯片中的陣列波導(dǎo)反射可控組件通過控制激光器不同波長通道內(nèi)諧振腔的損耗改變激光器的輸出波長。
[0008]3、陣列波導(dǎo)反射可控組件可為陣列通/斷式開關(guān)結(jié)構(gòu)，每個開關(guān)的直波導(dǎo)端面鍍有高反膜，此端面與半導(dǎo)體增益管芯的鍍有高反膜的端面構(gòu)成激光器的諧振腔。當(dāng)陣列開關(guān)處于全關(guān)狀態(tài)時，每個通道諧振腔腔內(nèi)損耗都很大，沒有一個通道滿足激光器起振條件，激光器無激光輸出。若改變某一個通道開關(guān)的驅(qū)動條件為開狀態(tài)，使其所在通道的諧振腔腔內(nèi)損耗減少，此時只有這一個通道滿足諧振條件起振，激光器輸出與陣列波導(dǎo)光柵該通道波長相對應(yīng)的激光。
[0009]4、陣列波導(dǎo)反射可控組件可為可控陣列布拉格光柵，為了防止端面反射，每個布拉格光柵的直波導(dǎo)端面鍍有增透膜，每個布拉格光柵與半導(dǎo)體增益管芯的鍍高反膜端面構(gòu)成激光器的諧振腔。在初始驅(qū)動條件下，每個布拉格光柵的中心波長與其所對應(yīng)的陣列波導(dǎo)光柵通道的中心波長有一定的偏差，由于布拉格光柵在陣列波導(dǎo)光柵中心波長處反射率不高無法構(gòu)成有效反射，激光器無法達(dá)到起振條件無激光輸出。改變驅(qū)動條件調(diào)整某一路布拉格光柵的中心波長與對應(yīng)陣列波導(dǎo)光柵中心波長一致即可實現(xiàn)該通道對應(yīng)波長激光輸出。
[0010]5、為了降低激光器的功耗同時簡化控制邏輯，該激光器方案中的陣列波導(dǎo)光柵采用無熱陣列波導(dǎo)光柵，其輸出通道間隔由該激光器應(yīng)用的系統(tǒng)通道間隔決定。
[0011]6、利用激光器的光探測器反饋的光電流，調(diào)整增益管芯驅(qū)動電流的大小可以實現(xiàn)激光器輸出功率的可調(diào)諧。
[0012]7、激光器的光探測器探測光電流的實時變化反應(yīng)激光器輸出頻率穩(wěn)定性，當(dāng)光探測器光電流變化量超過一定閾值時，通過調(diào)節(jié)激光器相位保持激光器輸出模式的穩(wěn)定性。該結(jié)構(gòu)激光器中相位調(diào)節(jié)可以通過調(diào)控半導(dǎo)體增益管芯的電流或者改變半導(dǎo)體增益管芯下的半導(dǎo)體制冷器的溫度實現(xiàn)；也可以通過在光波導(dǎo)器件芯片的直波導(dǎo)部分加入熱光調(diào)相元件實現(xiàn)。
[0013]本發(fā)明提供一種基于陣列波導(dǎo)光柵的混合集成外腔可調(diào)激光器，包括光波導(dǎo)芯片、半導(dǎo)體增益管芯；所述光波導(dǎo)芯片包括陣列波導(dǎo)光柵和陣列波導(dǎo)反射可控組件，所述陣列光波導(dǎo)反射可控組件包括多個可控器件，所述陣列波導(dǎo)光柵將多個所述可控器件光導(dǎo)通到所述半導(dǎo)體增益管芯；
[0014]所述半導(dǎo)體增益管芯的兩端面分別鍍有部分反射膜和增透膜，所述光波導(dǎo)芯片的位于所述半導(dǎo)體增益管芯的增透膜一側(cè)，構(gòu)成該外腔可調(diào)激光器的外腔部分，所述半導(dǎo)體增益芯片的部分反射膜與所述陣列波導(dǎo)反射可控組件構(gòu)成激光器的諧振腔；
[0015]多個所述可控器件中的每一個能夠通過調(diào)控外界驅(qū)動條件來改變諧振腔的腔內(nèi)損耗或者改變光波導(dǎo)芯片反射端的反射特性，從而實現(xiàn)該外腔可調(diào)激光器的波長調(diào)諧。
[0016]在上述技術(shù)方案中，所述外腔可調(diào)激光器進(jìn)一步包括耦合輸出光路、光功率檢測裝置以及控制驅(qū)動單元。
[0017]在上述技術(shù)方案中，所述耦合輸出光路包括準(zhǔn)直耦合透鏡、光隔離器、輸出耦合透鏡；準(zhǔn)直耦合透鏡將半導(dǎo)體增益管芯輸出的激光束準(zhǔn)直耦合到光隔離器，輸出耦合透鏡與輸出光纖相連將輸出的激光束耦合輸出到輸出光纖；
[0018]所述光功率檢測裝置包括分光束器、光探測器；分光束器設(shè)置在光隔離器和輸出親合透鏡之間，將由光隔離器輸出到輸出親合透鏡的激光束按一定比例分離出來輸入到光探測器；
[0019]所述控制驅(qū)動單元包括控制與驅(qū)動單元，控制與驅(qū)動單元與所述光波導(dǎo)芯片、半導(dǎo)體增益管芯以及所述光探測器相連接。
[0020]在上述技術(shù)方案中，所述可控器件中的每一個包括可控高衰減器件和直波導(dǎo)。
[0021]在上