基于超宽带布拉格光栅的双输出硅基外腔激光器的制作方法

本发明涉及光器件的硅光子集成，尤其涉及一种基于超宽带布拉格光栅的双输出硅基外腔激光器。

背景技术：

1、随着科学技术的高速发展以及社会活动的持续丰富，在光通信、光传感、光计算等领域，对光学器件的要求越来越高。硅光器件凭借其兼容cmos工艺、小尺寸、丰富的功能等优势，在商业应用中占据了重要的地位。不过由于硅是间接带隙材料，硅基光源的开发进展缓慢。

2、现有的硅基外腔激光器采用外部腔反馈来实现波长选择性，其外腔反射结构由萨格纳克(sagnac)反射环构成，该结构将光束一分为二，一部分光反射回激光腔谐振，另一部分光作为激光输出；其激光输出仅为单通道输出。然而，萨格纳克(sagnac)反射环在光路存在缺陷或外部环境因素变化时，两路光受到的影响可能不同，易造成反射光的光强和相位，以及反射环的反射率发生变化，从而引起激光器的输出不稳定。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种基于超宽带布拉格光栅的双输出硅基外腔激光器，实现了单路光反射，提高了激光器的稳定性，且实现了相同波长和能力强度的双路激光输出。

2、本发明实施例提供了一种基于超宽带布拉格光栅的双输出硅基外腔激光器，包括半导体放大器和硅光芯片，硅光芯片包括模斑转换器、第一移相器、定向耦合器、第一微环滤波器、第二微环滤波器、超宽带布拉格反射镜、第一激光输出端口和第二激光输出端口；半导体放大器产生的光通过模斑转换器耦合进硅光芯片，经过模斑转换器的光依次输入至第一移相器和定向耦合器，经过定向耦合器的光依次输入至第一微环滤波器和第二微环滤波器进行滤波，滤波后的光输入至超宽带布拉格反射镜中被反射，反射光依次经过第二微环滤波器、第一微环滤波器、定向耦合器、第一移相器和模斑转换器输入至半导体放大器中进行放大、反射并输出；其中，经过定向耦合器的部分反射光被耦合并从第一激光输出端口输出，半导体放大器输出的光经过模斑转换器和第一移相器后输入至定向耦合器中被部分耦合并从第二激光输出端口输出。

3、可选地，超宽带布拉格反射镜包括传输波导和扇形布拉格光栅结构，传输波导和扇形布拉格光栅结构的圆心角处连接；传输波导和扇形布拉格光栅结构的表面都覆盖有包层。

4、可选地，扇形布拉格光栅结构包括扇形波导结构，以及若干条设置于扇形圆弧侧外的弧形波导，弧形波导的长度随与扇形圆弧侧的距离的增加而增加，若干条弧形波导构成光栅。

5、可选地，扇形布拉格光栅结构的扇形角度的范围为60°至70°。

6、可选地，传输波导和扇形布拉格光栅结构的波导的材料包括硅，包层的材料包括二氧化硅。

7、可选地，半导体放大器包括增益介质、高反射率端和低反射率端，高反射率端设置于远离模斑转换器的一端，低反射率端设置于靠近模斑转换器的一端；增益介质的材料包括iii-v族量子阱或量子点材料；高反射率端的反射率大于90％，低反射率端的反射率小于0.01％。

8、可选地，模斑转换器的耦合方式包括对接耦合或倒装耦合；模斑转换器包括倒锥耦合器。

9、可选地，第一微环滤波器包括第二移相器，第二微环滤波器包括第三移相器，第二移相器用于给第一微环滤波器施加直流信号以调节激光波长或施加交流信号以产生调频光信号，第三移相器用于给第二微环滤波器施加直流信号以调节激光波长或施加交流信号以产生调频光信号。

10、可选地，定向耦合器包括两个耦合波导，定向耦合器通过调节两个耦合波导的间距和长度来调节所输出的两路光的能量。

11、可选地，激光器的谐振腔中包括第一路光和第二路光；其中，第一路光的方向为从移相器到定向耦合器，且从第一激光输出端口输出；第二路光的方向为从第一微环滤波器到定向耦合器，且从第二激光输出端口输出。

12、实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例的激光器采用超宽带布拉格反射镜，用于将半导体放大器发出的单路光反射回半导体放大器中，定向耦合器用于定向耦合两路光，使得两路光分别从两个输出端口输出，实现了双路激光输出的激光器，不需要将反射光路分为两路光，实现了单路光反射，提高了激光器的稳定性，且输出的两路激光的能量可按需调节，提高了应用的灵活性。超宽带布拉格反射镜具备高反射率，有利于减小谐振腔中的损耗，扇形布拉格光栅结构紧凑，尺寸小，器件的集成度高。除此之外，本实施例的激光器的结构较为简单，有利于大规模生产和降低终端产品的成本。

技术特征：

1.一种基于超宽带布拉格光栅的双输出硅基外腔激光器，其特征在于，包括半导体放大器和硅光芯片，所述硅光芯片包括模斑转换器、第一移相器、定向耦合器、第一微环滤波器、第二微环滤波器、超宽带布拉格反射镜、第一激光输出端口和第二激光输出端口；所述半导体放大器产生的光通过所述模斑转换器耦合进所述硅光芯片，经过所述模斑转换器的光依次输入至所述第一移相器和所述定向耦合器，经过所述定向耦合器的光依次输入至所述第一微环滤波器和所述第二微环滤波器进行滤波，滤波后的光输入至所述超宽带布拉格反射镜中被反射，反射光依次经过所述第二微环滤波器、所述第一微环滤波器、所述定向耦合器、所述第一移相器和所述模斑转换器输入至所述半导体放大器中进行放大、反射并输出；其中，经过所述定向耦合器的部分所述反射光被耦合并从所述第一激光输出端口输出，所述半导体放大器输出的光经过所述模斑转换器和所述第一移相器后输入至所述定向耦合器中被部分耦合并从所述第二激光输出端口输出。

2.根据权利要求1所述的基于超宽带布拉格光栅的双输出硅基外腔激光器，其特征在于，所述超宽带布拉格反射镜包括传输波导和扇形布拉格光栅结构，所述传输波导和所述扇形布拉格光栅结构的圆心角处连接；所述传输波导和所述扇形布拉格光栅结构的表面都覆盖有包层。

3.根据权利要求2所述的基于超宽带布拉格光栅的双输出硅基外腔激光器，其特征在于，所述扇形布拉格光栅结构包括扇形波导结构，以及若干条设置于扇形圆弧侧外的弧形波导，所述弧形波导的长度随与所述扇形圆弧侧的距离的增加而增加，若干条所述弧形波导构成光栅。

4.根据权利要求2所述的基于超宽带布拉格光栅的双输出硅基外腔激光器，其特征在于，所述扇形布拉格光栅结构的扇形角度的范围为60°至70°。

5.根据权利要求2所述的基于超宽带布拉格光栅的双输出硅基外腔激光器，其特征在于，所述传输波导和所述扇形布拉格光栅结构的波导的材料包括硅，所述包层的材料包括二氧化硅。

6.根据权利要求1所述的基于超宽带布拉格光栅的双输出硅基外腔激光器，其特征在于，所述半导体放大器包括增益介质、高反射率端和低反射率端，所述高反射率端设置于远离所述模斑转换器的一端，所述低反射率端设置于靠近所述模斑转换器的一端；所述增益介质的材料包括iii-v族量子阱或量子点材料；所述高反射率端的反射率大于90％，所述低反射率端的反射率小于0.01％。

7.根据权利要求1所述的基于超宽带布拉格光栅的双输出硅基外腔激光器，其特征在于，所述模斑转换器的耦合方式包括对接耦合或倒装耦合；所述模斑转换器包括倒锥耦合器。

8.根据权利要求1所述的基于超宽带布拉格光栅的双输出硅基外腔激光器，其特征在于，所述第一微环滤波器包括第二移相器，所述第二微环滤波器包括第三移相器，所述第二移相器用于给第一微环滤波器施加直流信号以调节激光波长或施加交流信号以产生调频光信号，所述第三移相器用于给所述第二微环滤波器施加直流信号以调节激光波长或施加交流信号以产生调频光信号。

9.根据权利要求1所述的基于超宽带布拉格光栅的双输出硅基外腔激光器，其特征在于，所述定向耦合器包括两个耦合波导，所述定向耦合器通过调节两个所述耦合波导的间距和长度来调节所输出的两路光的能量。

10.根据权利要求1所述的基于超宽带布拉格光栅的双输出硅基外腔激光器，其特征在于，所述激光器的谐振腔中包括第一路光和第二路光；其中，所述第一路光的方向为从所述移相器到所述定向耦合器，且从所述第一激光输出端口输出；所述第二路光的方向为从所述第一微环滤波器到所述定向耦合器，且从所述第二激光输出端口输出。

技术总结
本发明公开了一种基于超宽带布拉格光栅的双输出硅基外腔激光器，包括半导体放大器和硅光芯片，硅光芯片包括模斑转换器、移相器、定向耦合器、两个微环滤波器、超宽带布拉格反射镜和两个激光输出端口；半导体放大器产生的光通过模斑转换器耦合进硅光芯片，依次输入至移相器、定向耦合器和两个微环滤波器中，再输入至超宽带布拉格反射镜中被反射，反射光原路返回至半导体放大器中；经过定向耦合器的部分反射光被耦合并从一个输出端口输出，半导体放大器输出的光经过模斑转换器和移相器输入至定向耦合器中被部分耦合并从另一个输出端口输出。本发明实施例提高了激光器的稳定性，实现了双路激光输出，可广泛应用于光器件的硅光子集成技术领域。

技术研发人员：郑宇,黄颖,廖仲扬
受保护的技术使用者：雨树光科（深圳）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16