[发明专利]一种基于模式变换器的硅基可调谐激光器及其实现方法

说明书

本发明公开了一种基于模式变换器的硅基可调谐激光器及其实现方法，该硅基可调谐激光器包括半导体光放大器、SOI晶圆以及设置在SOI晶圆上依次相互连接的耦合器、TE₀模波导、模式变换器、第一取样光栅和第二取样光栅，第一、第二取样光栅间隔连接；耦合器将半导体光放大器输出的光场传输至TE₀模波导，得到TE₀模的光场；模式变换器将TE₀模的光场变换为有效折射率小于TE₀模的新模式的光场；第一、第二取样光栅将新模式的光场反射回半导体光放大器。本发明不需要采用更精密的加工手段，大大降低了工艺成本，而且工艺稳定性更高，同时，第一、第二取样光栅在同一条波导上，可省去光分路器，降低复杂度。

技术领域

本发明涉及光通信集成器件领域，具体涉及一种基于模式变换器的硅基可调谐激光器及其实现方法。

背景技术

可调谐激光器是光通信系统中的重要器件，传统的可调谐激光器主要基于微机械转镜和衍射光栅实现，体积较大，不适合集成。硅基光子集成技术是近年来出现的新技术，具有与半导体工艺兼容、成本低和集成度高等优点，广泛应用在可调谐激光器的集成方面，形成硅基可调谐激光器。

目前，硅基可调谐激光器主要采用工艺稳定性较差的微环实现，而其硅基反射光栅的稳定性虽然高于微环，但是由于硅基光波导的有效折射率比较高，而且硅基反射光栅的最小尺寸小于180nm，使其只能采用昂贵的高精度加工工艺，导致加工工艺的成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决现有的硅基可调谐激光器的工艺复杂度较高和成本较高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种基于模式变换器的硅基可调谐激光器，包括半导体光放大器、SOI晶圆以及设置在所述SOI晶圆上依次相互连接的耦合器、TE₀模波导、模式变换器、第一取样光栅和第二取样光栅，所述第一、第二取样光栅间隔连接；

所述耦合器将所述半导体光放大器输出的光场传输至所述TE₀模波导，得到TE₀模的光场；所述模式变换器将所述TE₀模的光场变换为有效折射率小于TE₀模的新模式的光场；所述第一、第二取样光栅将所述新模式的光场反射回所述半导体光放大器。

在上述技术方案中，所述半导体光放大器在光传播方向上的两个面分别为部分反射面和透射面，所述透射面与所述耦合器对准，所述第一、第二取样光栅将所述新模式的光场反射回所述部分反射面，所述部分反射面将所述新模式的光场一部分反射回所述硅基可调谐激光器的内部形成振荡，另一部分以激光形式出射。

在上述技术方案中，所述TE₀模波导上还设有用于精调的调相器。

在上述技术方案中，所述第一、第二取样光栅上分别设有用于调节反射光谱的第一、第二调谐器。

在上述技术方案中，所述第一、第二取样光栅的反射光谱中重叠的谱峰为所述硅基可调谐激光器的出射激光波长。

在上述技术方案中，所述第一、第二取样光栅的模式为新模式，所述新模式的有效折射率小于λ/4d，所述第一、第二取样光栅的周期大于2×d；

其中，d为最小的加工精度；λ为所述硅基可调谐激光器的工作波长。

本发明还提供了一种基于模式变换器的硅基可调谐激光器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过耦合器将半导体光放大器输出的光场传输至TE₀模波导，得到TE₀模的光场；

通过模式变换器将TE₀模的光场变换为有效折射率小于TE₀模的新模式的光场；