波长可变激光设备的制作方法

本发明涉及可变波长激光设备，并且特别地，涉及包括半导体光学放大器和环形谐振器型可变波长滤波器的可变波长激光设备。

背景技术：

目前，40g/100g数字相干通信采用诸如差分正交相移键控(dqpsk)的调制格式。为了实现未来的400g通信，正在研究下一代调制格式的诸如正交幅度调制(16qam)的多电平调制格式的应用。

多电平调制格式所要求的光源的重要特性之一是窄线宽。用于实现窄线宽的有效光源之一是外部谐振器型可变波长激光。外部谐振器型可变波长激光具有被配置有半导体光学放大器(soa)以及外部反射镜的谐振器，通过插入谐振器的可变波长滤波器来选择波长，并且输出波长的光。例如在ptl1-3中公开了外部谐振器型可变波长激光。

图9是在ptl1中所描述的可变波长激光设备的平面图。根据ptl1的可变波长激光设备900包括soa910、可变波长单元920、相位可变单元930、反射镜单元940、第一光波导951和第二光波导952。

soa910将光供应到环形谐振器型可变波长单元920。

可变波长单元920是通过由光耦合装置耦合具有彼此不同的光路径长度的三个环形谐振器921、922、923而形成的多个光谐振器。可变波长单元920分别通过使用膜加热器924、925、926来控制环形谐振器921、922、923的温度，以控制通过第一光波导951的光的波长。

相位可变单元930通过使用加热器931来改变连接可变波长单元920和反射镜单元940的第二光波导952的温度，以控制通过第二光波导952的光的相位。

反射镜单元940完全反射通过可变波长单元920和相位可变单元930的光，并且将光返回到相位可变单元930和可变波长单元920。

在如上所述配置的可变波长激光设备900中，谐振光由从soa910输出的光生成，通过可变波长单元920和相位可变单元930，并且由反射镜单元940反射。soa910仅透射预定波长的光以实现单纵向模式振荡。

[引用列表]

[专利文献]

[ptl1]国际公开wo2009/119284

[ptl2]日本未审查专利申请公开no.2008-60445

[ptl3]国际公开wo2007/129544

技术实现要素：

[技术问题]

在pt1中，其中通过控制连接可变波长单元920和反射镜单元940的第二光波导952的温度来控制通过第二光波导952的光的相位，因为缺少足够用于相位控制的有效长度，所以通过增加到加热器931的电力供应来实现期望的变化量。

然而，增加到加热器的电力供应，不仅导致相位可变单元930的温度上升，还导致可变波长单元920和soa910的温度上升，其中温度上升是不必要的。当不期望的温度上升在可变波长单元920中发生时，振荡波长向更长侧移位。当不期望的温度上升在soa910中发生时，光输出强度降低。这样的伴随不期望的温度上升的特性的改变被称为热干扰。

本发明鉴于上述问题而完成，并且本发明的目标是提供一种可变波长激光设备，其实现高精度的相位控制的同时抑制热干扰，并且稳定地输出期望波长的放出光。

[问题的解决方案]

为了实现上述目标，根据本发明的一种可变波长激光设备包括：在光放大器装置和反射装置之间传输光的光波导；所述光放大装置，所述光放大装置具有非反射表面和低反射表面，所述非反射表面输入和输出行进至和来自所述反射装置的光，所述低反射表面反射预定波长以外的波长的光并且放出所述预定波长的光；波长控制装置，其用于控制通过光波导传输的光的波长；相位控制装置，其用于使用由加热装置放出的热来控制通过光波导传输的光的相位；反射装置，其用于将通过波长控制装置和相位控制装置的光返回到波长控制装置和相位控制装置；以及散热装置，其用于抑制由加热装置放出的热传递到放置相位控制装置的区域以外的区域。

[发明的有益效果]

根据本发明的上述方面，提供了一种可变波长激光设备，其在实现高精度的相位控制的同时抑制热干扰，并且稳定地输出期望波长的放出光。

附图说明

[图1]图1是根据第一示例实施例的可变波长激光设备10的构造框图。

[图2]图2是根据第二示例实施例的可变波长激光设备1000的平面图。

[图3]图3是根据第二示例实施例的可变波长激光设备1000的横截面图。

[图4]图4是根据第二示例实施例的另一可变波长激光设备1000b的横截面图。

[图5a]图5a图示根据第二示例实施例的另一可变波长激光设备1000b的支撑件120和散热结构800的制造过程。

[图5b]图5b图示根据第二示例实施例的另一可变波长激光设备1000b的支撑件120和散热结构800的制造过程。

[图5c]图5c图示根据第二示例实施例的另一可变波长激光设备1000b的支撑件120和散热结构800的制造过程。

[图5d]图5d图示根据第二示例实施例的另一可变波长激光设备1000b的支撑件120和散热结构800的制造过程。

[图6]图6是根据第三示例实施例的可变波长激光设备1000c的平面图。

[图7]图7是根据第四示例实施例的可变波长激光设备1000d的平面图。

[图8]图8是根据第四示例实施例的可变波长激光设备1000d的横截面图。

[图9]图9是根据ptl1的可变波长激光设备900的平面图。

具体实施方式

第一示例实施例

将描述根据本发明的第一示例实施例。图1是根据本示例实施例的可变波长激光设备的构造框图。在图1中，可变波长激光设备10包括光波导20、光放大装置30、波长控制装置40、相位控制装置50、反射装置60和散热装置70。

光波导20在光放大装置30和反射装置60之间传输光。

光放大装置30包括非反射表面31以及低反射表面32，所述非反射表面31输入和输出行进至和来自输入反射装置60的光，所述低反射表面32反射预定波长之外的波长的光，同时放出预定波长的光，并且光放大装置30向波长控制装置40和相位控制装置50供应光。由光放大装置30供应的光经过波长控制装置40和相位控制装置50，输入到反射装置60，并由反射装置60反射。光然后再次经过波长控制装置40和相位控制装置50，输入到光放大装置30，并且由低反射表面32反射。仅由波长控制装置40控制的预定波长的光作为激光放出光从低反射表面32输出到外部。

波长控制装置40控制通过光波导20传输的光的波长。

相位控制装置50包括加热装置51并且使用从加热装置51放出的热来控制通过光波导20传输的光的相位。

反射装置60将通过波长控制装置40和相位控制装置50的光返回到波长控制装置40和相位控制装置50。如上所述，由光放大装置30提供的光在光放大装置30的低反射表面32和反射装置60之间进行往返。

散热装置70抑制由相位控制装置50的加热装置51放出的热传递到设置相位控制装置50的区域以外的区域。散热装置70可以由例如被设置在波长控制装置40或相位控制装置50下方的散热构件构成。更具体地，当光波导20、波长控制装置40和相位控制装置50形成在同一基板上，并且通过使用支撑件将基板设置在板状构件(未示出)上方时，散热装置70由被设置在基板和板状构件之间的散热构件71构成。换句话说，由加热装置51放出的热通过散热构件71发散到板状构件，抑制由加热装置51放出的热传递到波长控制装置40等，并且抑制波长控制装置40等中热干扰的发生。

如上所述，通过使用散热装置70，根据本示例实施例的可变波长激光设备10抑制由加热装置51放出的热传递到设置相位控制装置50的区域之外的区域。因此，根据本实施例的可变波长激光设备10在抑制热干扰的同时实现高精度的相位控制，并且稳定地输出期望波长的放出光。

散热构件71仅需要限制由加热装置51放出的热传递到波长控制装置40，并且散热构件71的位置、形状等可以以不同方式设计。例如，当期望通过散热装置70将由加热装置51放出的热主动地发散到板状构件时，散热构件71优选地形成有足够到达基板的高度，并且被设置在板状构件上，并且直接地位于加热装置51下方。当期望避免由于散热装置70接触基板而导致的光波导20中应力应变的发生时，散热构件71不形成足够到达基板的高度。此外，当期望通过相位控制装置50中的加热装置51来有效地加热光波导20时，散热构件71不直接地被设置在加热装置51下方，而是被设置在期望避免热干扰的发生的区域(例如，波长控制装置40周围)下方的板状构件上。

第二示例实施例

将描述第二示例实施例。图2是根据本示例实施例的可变波长激光设备的平面图。图3是沿图2的线a-a'取的横截面图。在图2中，可变波长激光设备1000包括基板100、半导体光放大器(soa200)、外部谐振器300和散热结构800。

soa200和外部谐振器300通过多个支撑件110、120的装置固定在基板100的顶表面上。散热结构800被设置在基板100的顶表面上的预定区域上。在本示例实施例中，散热结构800被设置在加热器600的下方的基板100的顶表面上。注意，权利要求中的板状构件包括根据本示例实施例的基板100。

soa200向外部谐振器300供应光。soa200具有施加在一个表面上的非反射涂层和施加在另一个表面上的低反射涂层，并且非反射涂层表面与形成在外部谐振器300中的第一光波导410连接。由soa200输出到外部谐振器300的光经过外部谐振器300的波长控制单元500和相位控制单元600，随后由反射镜单元700反射，并且再次经过相位控制单元600和波长控制单元500，输出到soa200。激光谐振器因此形成在soa200的低反射涂层和反射镜单元700之间。在激光放出光中，作为波长控制单元500和相位控制单元600的控制的结果，仅从soa200的低反射涂层表面输出预定波长的放出光。

外部谐振器300包括硅基板310、第一光波导410、第二光波导420、波长控制单元500、相位控制单元600和反射镜单元700，并且用作环形谐振器型可变波长滤波器。外部谐振器300是具有通过在硅基板310上形成氧化膜而形成的嵌入型光波导的结构，用于提高芯部的折射率。此嵌入型光波导形成第一光波导410、第二光波导420、波长控制单元500、相位控制单元600和反射镜单元700。

第一光波导410输入和输出在soa200和波长控制单元500之间行进的光。第二光波导420输入和输出经由相位控制单元600在波长控制单元500和反射镜单元700之间行进的光。

波长控制单元500由多个环形谐振器构成，其中具有不同光路径长度的两个环形谐振器510、520彼此耦合。薄膜加热器530、540分别被设置在环形谐振器510、520的光波导上，并且通过改变环形谐振器510、520的光波导的温度来控制经过波长控制单元500的光的波长。环形谐振器510、520具有彼此稍微不同的光路径长度，并且仅当环形谐振器510、520谐振时，其对谐振波长的光进行复用和解复用，并且通过游标效应(verniereffect)获得较大的自由光谱范围(fsr)。

游标效应是当结合采用具有不同光路径长度的多个谐振器时，具有不同峰值周期的谐振器的谐振频率峰值在这些频率的最小公倍数的频率处重合。通过利用游标效应，结合采用多个谐振器的多光谐振器以下述方式起作用：表观fsr是谐振器的频率的最小公倍数的频率。这使得能够在比单个谐振器更宽的范围内控制频率特性(波长)。

相位控制单元600包括加热器610。通过使用加热器610来改变位于相位控制单元600的区域中的第二光波导420的温度，相位控制单元600改变第二光波导420的折射率和物理长度，并且由此控制经过第二光波导420的光的相位。加热器610能够通过气相沉积ti和pt或其它方法形成。

反射镜单元700将通过波长控制单元500和相位控制单元600的光完全反射，并将光返回到相位控制单元600和波长控制单元500。

散热结构800将由相位控制单元600的加热器610放出的热发散到基板100。根据本示例实施例的散热结构800被设置在基板100的顶表面上以及加热器610下方。如图3所示散热结构800形成有足够的高度以从基板100的顶表面到达外部谐振器300的硅基板310，并且具有大于加热器610的面积的面积。

当不采用散热结构800时，换句话说，当在加热器610下方存在空的空间时，加热器610放出的热停留在空气中并被传递到相邻的波长控制单元500等，导致热干扰。相反，通过在加热器610下方设置散热结构800，加热器610放出的热通过散热结构800发散到基板100。这抑制了向相邻波长控制单元500的热传递和热干扰的发生。

例如，当散热结构800的高度与外部谐振器300的厚度相同时，到外部谐振器300内的散热将与到散热结构800的散热大致相同，并且传递到波长控制单元500等的热将约为在不采用散热结构800的情况下传递的热的一半。

在如上所述构成的可变波长激光设备1000中，由soa200输出的光通过下述路径进行往返：soa200→第一光波导410→波长控制单元500→第二光波导420→相位控制单元600→第二光波导420→反射镜单元700→第二光波导420→相位控制单元600→第二光波导420→波长控制单元500→第一光波导410→soa200。当波长控制单元500具有与多环谐振器谐振的波长时，返回光最强。输入到soa200的返回光(放出光)作为激光放出光从soa200的低反射涂层表面输出。

如上所述，在具有被设置在加热器610下方的散热结构800的根据本示例实施例的可变波长激光设备1000中，加热器610放出的热不停留在外部谐振器300周围，而是通过散热结构800发散到基板100。因此，根据本实施例的可变波长激光设备1000在抑制热干扰的同时实现高精度的相位控制，并且稳定地输出期望波长的放出光。

当期望避免可能由与外部谐振器300的硅基板310接触的散热结构800导致的第一光波导410、第二光波导420等中的应力应变时，散热结构800优选地形成有足够的高度，几乎但实际上不到达外部谐振器300的硅基板310。图4是该情况中的可变波长激光设备1000b的横截面图。图4所示的散热结构800b具有略差于图3中的散热结构800的散热功能，但是由加热器610放出的热不停留在硅基板310的下方，而是通过散热结构800b发散到基板100。

因此，图4所示的可变波长激光设备1000b在抑制光波导410、420中的应力应变的发生和波长控制单元500等的热干扰的发生的同时，实现高精度的相位控制。

为了抑制制造成本，优选地在形成支撑件120的同时，在基板100上形成散热结构800、800b。将简要的参考图5a至5d来描述图4的散热结构800b的制造过程。

例如，当期望在散热结构800b和硅基板310之间具有间隙l时，在基板100的顶表面上形成具有厚度l的升高层α(图5a)。升高层α例如通过热氧化基板100的表面而形成。之后，对要成为支撑件120的区域施加掩模，并且去除在其它区域中形成的升高层α的部分(图5b)。

接下来，形成具有用于支撑外部谐振器300的足够的高度的、要成为支撑体120和散热结构800b的层β(图5c)。例如，用于支撑件120和散热结构800b的材料可以是硼磷硅玻璃(bpsg)。之后，对要成为支撑体120和散热结构800b的区域施加掩模，并且去除在其它区域中形成的层(bpsg)β的部分(图5d)。因此，支撑体120和散热结构800b在散热结构800b和硅基板310之间形成有间隙l。

通过将外部谐振器300设置在支撑件120上以及如上所述形成的散热结构800b上方，外部谐振器300被保持在期望的高度，并且散热结构800b被设置在加热器610的下方，之间形成有间隙l。此外，图3所示的散热结构800是通过跳过图5a和图5b所示的过程而形成的。

第三示例实施例

将描述第三示例实施例。图6是根据本示例实施例的可变波长激光设备的平面图。参考图2根据第二示例实施例描述的可变波长激光设备1000具有被设置在基板100的顶表面上加热器610下方的散热结构800。根据本示例实施例的可变波长激光设备1000c具有在基板100的顶表面上波长控制单元500下方的散热结构800c。换句话说，在本示例实施例中，加热器610下方的空间保持原样，而散热结构800c被设置在波长控制单元500下方，期望其抑制热干扰。

由于加热器610下方的空间原样保留，所以加热器610放出的热停留在空气中。这使得能够有效地控制位于相位控制单元600的区域中的第二光波导420的温度，而不增加对加热器610的供电，从而以高精度改变通过第二光波导420的光的相位。

从加热器610的下方沿波长控制单元500的方向流动的热不会停留在波长控制单元500的下方，而是通过散热结构800c发散到基板100。这抑制了波长控制单元500中的热干扰的发生。

如上所述，使加热器610下方的空间保持原样，并将散热结构800c设置在基板100的顶表面上波长控制单元500的下方，这使得能够控制通过第二光波导420的光的相位，而不需要增加对加热器610的供电，并且抑制波长控制单元500中的热干扰的发生。

注意，散热结构800c可以形成有足够到达外部谐振器300的硅基板310的高度，或者形成有足够高的以几乎而不是实际到达硅基板310的高度。

第四示例实施例

将描述第四示例实施例。图7是根据本示例实施例的可变波长激光设备的平面图。图8是沿图7的线b-b'取的横截面图。图7所示的可变波长激光设备1000d被提供有较长的第二光波导420b，其温度由加热器610b控制，从而更大程度地改变第二光波导420b的温度，并且更大程度地改变通过第二光波导420b的光的相位。

在图7中，可变波长激光设备1000d包括基板100，soa200，外部谐振器300b和散热结构800d。外部谐振器300b包括硅基板310b、第一光波导410、第二光波导420b、波长控制单元500、相位控制单元600b和反射镜单元700。基板100、soa200、硅基板310b、第一光波导410、波长控制单元500和反射镜单元700以与参考图2根据第二示例实施例所描述的那些方式相同的方式构造。

相位控制单元600b和反射镜单元700被设置成一条线，并且相位控制单元600b包括形成为沿该线方向长的长加热器610b。使用长加热器610b能够延长第二光波导420b的长度，其温度由长加热器610b控制，从而可以更大程度的改变经过第二光波导420b的光的相位。此外，在本示例性实施例中，第二光波导420b在相位控制单元600b中折叠，从而扩展其中温度被控制的部分。

散热结构800d形成有足够高的高度，以从基板100的顶表面几乎但实际上不到达外部谐振器300b的硅基板310b，并且具有足够的包围如将在下面描述的温度控制空间620b的大小。

通常，如图8所示，由加热器610b放出的热扩散到从加热器610b的法线方向延伸到-45°至+45°的范围内的空间。在下文中，该空间被称为温度控制空间620b。已知通过加热器610b可以使温度控制空间620b中的温度保持恒定。

因此，在温度控制空间620b中折叠第二光波导420b使得能够控制第二光波导420b的较长波导长度的温度，从而更大程度地改变通过第二光波导420b的光的相位。

同时，通过以足够的大小在基板100上形成散热结构800d以包围温度控制空间620b，由加热器610b放出的热充分地发散到基板100。

如上所述，在根据本示例实施例的可变波长激光设备1000d中，设置长加热器610b，将第二光波导420b在温度控制空间620b内折叠以使得波导的长度扩展为被控制温度的，并且以包围温度控制空间620b的方式设置散热结构800d。尽管在这种情况下，与根据第二和第三示例实施例的相位控制单元600相比，向加热器610b供应的电力更大，但是可以更大程度的改变经过第二光波导420b的光的相位，并且抑制到波长控制单元500等的热的传递和热干扰的发生。

因此，根据本示例实施例的可变波长激光设备1000d，在抑制波长控制单元500等的热干扰发生等的同时，能够以更高的精度实现相位控制单元600b的相位控制。

在本示例实施例中，示出了第二光波导420b在温度控制空间620b内形成一轮往复路径的示例。通过适当地设计加热器610b的大小以及加热器610b和第二光波导420b之间的距离，也可以采用其中第二光波导420b在温度控制空间620b内形成一个半或更多个往复路径的结构。

在本示例性实施例中，散热结构800c形成为具有足够高以几乎而不是实际到达外部谐振器300b的硅基板310b的高度，但散热结构800c也可以替选地形成为具有足够高以到达外部谐振器300b的硅基板310b的高度。

本发明不限于上述示例实施例，并且不脱离本发明精神的任何设计修改等将包括在本发明中。

[工业应用]

本申请的发明可广泛地应用于由半导体光放大器和环形谐振器型可变波长滤波器构成的可变波长激光设备。

本申请要求基于2014年12月12日提交的日本专利申请no.2014-251457的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

[附图标记]

10可变波长激光设备

20光波导

30光放大装置

40波长控制装置

50相位控制装置

60反射装置

70散热装置

100基板

110,120支撑件

200soa

300外部谐振器

410第一光波导

420,420b第二光波导

500波长控制单元

510,520环形谐振器

530,540薄膜加热器

600,600b相位控制单元

610,610b加热器

620b温度控制空间

700反射镜单元

800,800b,800c,800d散热结构

900可变波长激光设备

910soa

920可变波长单元

930相位可变单元

940反射镜单元

951第一光波导

952第二光波导

1000,1000b,1000c,1000d可变波长激光设备