两个有源谐振腔的腔长L1= L2= 210.lum，直通耦合系数为0.6，可以发现当两臂具有相等的增益时，双波长之间的频率间隔最大，随着两臂之间增益差的增加，双波长之间的频率间隔逐渐减小。
[0057]图11为本发明实施例在不考虑无源波导滤波器时，双波长最大频率间隔(对应两臂拥有相等的增益系数)和有源腔腔长的关系。耦合器的直通耦合系数设为0.6，可以发现，双波长最大频率间隔随着腔长的增加而减少。
[0058]图12给出了双波长最大频率间隔(对应两臂拥有相等的增益系数)和四分之一波长耦合器直通耦合系数之间的关系。随着耦合器直通耦合系数的增加，双波长最大频率间也隔逐渐减少，因此可根据需要合理地选择激光器的腔长和耦合器的参数。
[0059]由于四分之一波长耦合器本身没有模式选择性，为了选出双波长频率梳中的某一个双波长模式作为激射模，需要采用无源滤波器进行滤波选模。图13给出了本发明实施例的两段无源波导滤波器的反射谱及其叠加谱。激光器两臂的腔长设为1^= L2= 210um，刻蚀槽的宽度设为5/4 λ，两段无源滤波器的长度分别为Lfl= 19.9Un^PLf2=61.4Um。位于滤波器中心的模式将会具有最低的阈值增益而激射。滤波器的自由光谱范围由滤波器的腔长决定，满足Λ f = c/2ngLp，其中，c为真空中的光速，\为光在波导中传输的群速度，LPS无源滤波器的腔长。为了使增益谱内只有一个双波长模式激射，其中的一个滤波器长度必须足够短，以保证其自由光谱范围大于激光器的增益谱宽。但较短的滤波器对应的滤波函数的半高全宽比较宽，模式选择比不高，这可以通过增加一个较长的无源滤波器来同时实现较窄的滤波函数和较宽的自由光谱范围。对应的包括两个无源滤波器后的小信号增益谱如图14所示，可以发现，只有一个双波长模式能够起振，图15则为对应的阈值增益谱。由图发现，对应滤波器中心波长的位置具有最低的阈值增益，为44.5cm-l，相邻双波长模式的阈值增益为49.5cm-l，阈值增益差达到了 5cm-l，具有很好的模式选择性。
[0060]如果滤波器的中心波长能够对准双波长模式的中心，这两个模式会具有相同的阈值增益同时起振，并且具有相同的输出功率。但是由于腔内存在模式竞争或温度漂移等不稳定因素，两个波长的输出功率会出现一定的抖动。为了稳定双波长之间的相对强度，可以将电反馈信号加载到无源滤波器上，通过改变无源滤波器的折射率来微调滤波器的中心波长。电反馈信号可以通过在片上或腔外集成光探测器，利用双波长的拍频信号作为负反馈来稳定ro输出的微波载波信号的强度。
[0061]对于无源滤波器，可通过刻蚀再生长禁带宽度更大的无源波导的方法来实现，也可以通过一些芯片后处理的方式，如量子阱混杂技术等。如果制作工艺不允许，也可以通过将有源滤波器电注入到刚好在阈值增益以下来实现。
[0062]综合上述，本发明尺寸小，制作工艺简单，四分之一波长耦合器的引入除了能够实现激光器的双波长激射，还使器件的制作工艺容差大大增加，提高了器件的成品率，具有突出显著的技术效果。除此之外，本发明在不引入外部本振光源的条件下就能够用简单的算法实现双波长频率间隔的连续可调，利用负反馈信号还可以实现微波功率和频率的稳定，具有很大的发展前景和商业应用价值。
[0063]上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制。在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。如腔与腔之间的一个空气槽可以用多个空气槽来代替，无源标准具的个数可以是一个或多个，可以根据需要来实现更好的滤波器性能。深刻蚀槽之间填充的不一定是空气，还可以是Si02，SiN或者BCB等半导体工艺中常涉及的材料。激光器的端面既可以用深刻蚀槽、深刻蚀面来定义，也可以用解理端面来定义。腔面的端面还可以还可以通过镀膜来满足不同情况下的需求等。
【主权项】
1.一种频率间隔连续可调的V型耦合腔双波长半导体激光器，包括第一有源谐振腔(2)、第二有源谐振腔(3)、第一无源滤波器(4)和第二无源滤波器(5);其特征在于:第一有源谐振腔(2)与第二有源谐振腔(3) —端之间以V形相耦合形成多模耦合区(1)，多模耦合区(1)的端面具有腔面反射面(7)，多模耦合区(1)为四分之一波长耦合区；第一有源谐振腔(2)的另一端和第一无源滤波器(4)之间通过用于部分反射的深刻蚀槽￠)串联构成激光器的一臂；第二有源谐振腔(3)的另一端和第二无源滤波器(5)之间通过用于部分反射的深刻蚀槽￠)串联构成激光器的另一臂；多模耦合区(1)所在的第一有源谐振腔(2)波导与第一有源谐振腔(2)其余波导之间设有用于电隔离的浅刻蚀槽(18)，多模耦合区(1)所在的第二有源谐振腔(3)波导与第二有源谐振腔(3)其余波导之间设有用于电隔离的浅刻蚀槽(18)。2.根据权利要求1所述的一种频率间隔连续可调的V型耦合腔双波长半导体激光器，其特征在于:所述的第一有源谐振腔(2)与第二有源谐振腔(3)具有相等的光学长度。3.根据权利要求1所述的一种频率间隔连续可调的V型耦合腔双波长半导体激光器，其特征在于:所述的第一无源滤波器(4)和第二无源滤波器(5)的光学长度均为四分之一激光出射波长的奇数倍且互不相同。4.根据权利要求1所述的一种频率间隔连续可调的V型耦合腔双波长半导体激光器，其特征在于:所述第一有源谐振腔(2)和第一无源滤波器(4)之间的深刻蚀槽(6)与第二有源谐振腔(3)和第二无源滤波器(5)之间的深刻蚀槽(6)的光学长度均为四分之一激光出射波长的奇数倍。5.根据权利要求1所述的一种频率间隔连续可调的V型耦合腔双波长半导体激光器，其特征在于:所述的多模耦合区(1)上设有相位微调电极(8)。6.根据权利要求1所述的一种频率间隔连续可调的V型耦合腔双波长半导体激光器，其特征在于:除多模耦合区(1)以外的所述第一有源谐振腔(2)和所述第二有源谐振腔(3)分别设有第一增益调谐电极(9)和第二增益调谐电极(10)。7.根据权利要求1所述的一种频率间隔连续可调的V型耦合腔双波长半导体激光器，其特征在于:所述的第一无源滤波器(4)和第二无源滤波器(5)上分别设有第一波长微调电极(11)和第二波长微调电极(12)。8.根据权利要求1所述的一种频率间隔连续可调的V型耦合腔双波长半导体激光器，其特征在于:所述的第一有源谐振腔(2)与第二有源谐振腔(3)均采用有源法布里-珀罗谐振腔。9.根据权利要求1所述的一种频率间隔连续可调的V型耦合腔双波长半导体激光器，其特征在于:所述的第一无源滤波器(4)和第二无源滤波器(5)均采用无源法布里-珀罗谐振腔。
【专利摘要】本发明公开了一种频率间隔连续可调的V型耦合腔双波长半导体激光器。第一有源谐振腔与第二有源谐振腔在一端以V形相耦合形成多模耦合区，多模耦合区的端面具有腔面反射面，第一有源谐振腔的另一端和第一无源滤波器之间通过深刻蚀槽串联构成激光器的一臂；第二有源谐振腔的另一端和第二无源滤波器之间通过深刻蚀槽串联构成激光器的另一臂；第一有源谐振腔和第二有源谐振腔上设有浅刻蚀槽。本发明的激光器具有结构紧凑，制作工艺简单，成本较低，无需外部参考光源等优点。
【IPC分类】H01S5/02, H01S5/10
【公开号】CN105281199
【申请号】CN201510711347
【发明人】何建军, 胡志朋
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年10月28日