一种基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器的制作方法

本发明属于激光器，特别涉及一种基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器。

背景技术：

1、在高速星载激光通信系统中，激光器是核心的光电器件，用于提供稳定的单模输出，而且随着通信速度和通信容量的提高，相干通信和高阶调制技术逐渐应用到星间激光通信中，而相干技术和高阶调制对激光器的线宽和相位噪声提出了更高的要求，通常需要激光器线宽小于几十khz量级，这就需要激光器不仅具有单模输出并且需要窄线宽。同时受限于星上资源紧张的特点，对激光器的小型化、集成化也提出了新的需求。

2、为了实现单模激光输出，通常选用分布式布拉格反射激光器和分布式反馈激光器，这两种方案均是利用光栅反射选模来实现特定波长的单模输出，其区别仅在于光栅是否在有源区，其工艺相对较为复杂，需要二次外延等半导体工艺，同时这两种激光器受频率噪声影响大，较难实现窄线宽线性调频。光纤激光器线宽很窄但强度噪声较大，而且体积一般较大，不适合用于星载激光通信的应用场景。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器，外腔激光器具有单模输出、窄线宽、小型化、集成化的特点。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、一种基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器，包括增益芯片和外腔芯片，外腔芯片包括耦合器、分束器、第一微环谐振腔和第二微环谐振腔；所述增益芯片朝向外腔芯片的第一输出端镀有抗反膜，相反侧的第二输出端镀有反射膜；所述分束器的合束端通过第一直波导与耦合器相连，分束端连接两路第一弯曲波导，第一弯曲波导末端连接的第二直波导与第一微环谐振腔和第二微环谐振腔上的第三直波导形成微环耦合结构；增益芯片自第一输出端输出的激光通过耦合器耦合进入到第一直波导，经分束器、第一弯曲波导、微环耦合结构进入第一微环谐振腔和第二微环谐振腔；

4、所述第一微环谐振腔和第二微环谐振腔为半径不相等的环形结构，两微环谐振腔上的另外两个第三直波导分别与第二弯曲波导两端连接的第四直波导耦合，用于谐振部分激光并将其经分束器和耦合器返回到增益芯片内，当返回激光的频率满足锁定条件时，形成自注入锁定。

5、根据本发明提供的一种基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器，具有以下

6、有益效果：

7、本发明提供的一种基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器，通过硅衬底或石英衬底的sio2材料工艺平台实现外腔芯片的片上集成，达到优良的机械性能和抗振性能，同时实现窄线宽外腔激光器的小型化和低成本的技术效果；

8、通过微环谐振腔上环形电极的热调谐使得第一微环谐振腔和第二微环谐振腔的自由光谱范围移动来选择输出激光波长，达到宽波长调谐范围的技术效果；通过合理控制微环耦合结构输出高q值，以达到窄线宽输出的技术效果。

技术特征：

1.一种基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器，其特征在于，包括增益芯片(100)和外腔芯片(200)，外腔芯片(200)包括耦合器(201)、分束器(202)、第一微环谐振腔(203)和第二微环谐振腔(204)；所述增益芯片(100)朝向外腔芯片(200)的第一输出端镀有抗反膜(102)，相反侧的第二输出端镀有反射膜(101)；所述分束器(202)的合束端通过第一直波导(301)与耦合器(201)相连，分束端连接两路第一弯曲波导(302)，第一弯曲波导(302)末端连接的第二直波导(303)与第一微环谐振腔(203)和第二微环谐振腔(204)上的第三直波导(304)形成微环耦合结构(205)；增益芯片(100)自第一输出端输出的激光通过耦合器(201)耦合进入到第一直波导(301)，经分束器(202)、第一弯曲波导(302)、微环耦合结构(205)进入第一微环谐振腔(203)和第二微环谐振腔(204)；

2.根据权利要求1所述的基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器，其特征在于，所述增益芯片(100)为半导体光放大器soa或激光二极管芯片。

3.根据权利要求2所述的基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器，其特征在于，所述增益芯片(100)采用半导体光放大器soa时，增益芯片(100)相较于外腔芯片(200)倾斜设置，使增益芯片(100)第一输出端输出激光方向与耦合器(201)端面法线呈0～8°。

4.根据权利要求2所述的基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器，其特征在于，所述增益芯片(100)采用激光二极管芯片时，增益芯片(100)相较于外腔芯片(200)倾斜设置，使激光二极管芯片第一输出端输出激光方向与耦合器(201)端面法线呈7-9°；或者，在所述外腔芯片(200)上刻蚀偏转7-9°的耦合器(201)，使耦合器(201)与激光二极管芯片的第一输出端输出激光方向上偏转7-9°。

5.根据权利要求1所述的基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器，其特征在于，所述增益芯片(100)的反射膜(101)的反射率不低于10％，抗反膜(102)的反射率小于0.01％。

6.根据权利要求1所述的基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器，其特征在于，所述增益芯片(100)与外腔芯片(200)为端面耦合，包括直接耦合或透镜耦合。

7.根据权利要求1所述的基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器，其特征在于，所述耦合器(201)为倒锥型模斑转换结构。

8.根据权利要求1所述的基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器，其特征在于，所述分束器(202)为1×2多模干涉仪结构或y分支波导结构。

9.根据权利要求1所述的基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器，其特征在于，所述外腔芯片(200)为硅衬底或石英衬底的二氧化硅材料；

10.根据权利要求1所述的基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器，其特征在于，所述第一微环谐振腔(203)和第二微环谐振腔(204)上连接有热电极，用于微调微环谐振腔芯层折射率。

技术总结
本发明提供了一种基于二氧化硅波导的窄线宽外腔激光器，包括增益芯片和外腔芯片，外腔芯片包括耦合器、分束器、第一微环谐振腔和第二微环谐振腔；增益芯片自第一输出端输出的激光通过耦合器耦合进入到第一直波导，经分束器、第一弯曲波导、微环耦合结构进入第一微环谐振腔和第二微环谐振腔；第一微环谐振腔和第二微环谐振腔为半径不相等的环形结构，用于谐振部分激光并将其返回到增益芯片内，当返回激光的频率满足锁定条件时，形成自注入锁定。本发明中外腔芯片采用二氧化硅工艺平台，传输损耗低，易于制备高Q值微环，以达到压缩线宽的作用；本发明采用双微环谐振腔，利用游标卡尺效应，增大外腔自由光谱范围，实现宽波段范围的窄线宽激光输出。

技术研发人员：石沅林,郭精忠,孟森森,安奕琪,张建华
受保护的技术使用者：西安空间无线电技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16