[发明专利]双环激光器的波长控制

说明书

光学源包括提供光学信号的半导体光学放大器，以及具有作为游标环操作的第一环谐振器和第二环谐振器的光子芯片。当光学源在激光发射阈值以下操作时，可以基于光学地耦合到第一环谐振器和第二环谐振器的共享光学波导上测量的光学功率，来调整可以热耦合到第一环谐振器和/或第二环谐振器的一个或多个热调谐机制，以对齐第一环谐振器和第二环谐振器的谐振。然后，当光学源在激光发射阈值以上操作时，可以基于在光学地耦合到第一环谐振器的光学波导上测量的光学功率，来调整公共热调谐机制，以将经对齐的谐振与光学源的光学腔模式锁定。

背景

技术领域

本公开涉及用于操作光学源的技术。更具体地，本公开涉及用于调谐外腔激光器的技术。

背景技术

混合III-V半导体硅激光器正在被研究作为硅光子光源。通过独立地充分利用III-V半导体和硅光子的成熟技术，可以使用硅光子平台实现最高效并且可制造的光源。具体而言，绝缘体上硅(SOI)平台可以提供波长选择性并且III-V半导体芯片可以提供光学增益。

此外，激光器波长可调谐性正在变成光学通信中光源的重要能力。在光学信号包括多个波长的波分复用(WDM)应用的情况下尤其如此。因此，在这些应用中，可调谐的激光源可以提供灵活性并且可以消除对于多个单波长激光器的需求。激光器可调谐性对于允许激光器波长匹配其他部件(诸如基于谐振器的调制器)也是重要的。

在混合激光器配置中，激光器波长控制电路典型地在SOI芯片上实现。此外，由于它们的谐振性质(洛伦兹型线形)和高效的波长调谐机制(诸如热光效应和/或自由载流子色散)，微环谐振器可以提供出色的波长选择性。例如，微环谐振器连同1×2分路器(或者Y结)可以形成将微环谐振器的谐振波长反馈到光学腔的回路型反射器。注意，反馈信号的光学带宽由微环谐振器的质量因子(Q因子)确定并且可以通过调整微环谐振器的耦合系数而控制。

虽然单环谐振器反射器典型地提供出色的单波长反馈，但是调谐范围通常局限于一个自由光谱范围或者FSR(例如，具有5μm半径的环谐振器提供近似20nm的FSR)。因此，为了具有宽的调谐范围，环谐振器典型地需要具有非常小的半径。例如，为了具有40nm的调谐范围，单环谐振器典型地具有小于3μm的半径。然而，环谐振器的弯曲损耗在这种小的弯曲半径状况中显著地增加，并且典型的加热器(诸如金属加热器或者硅加热器)由于短的长度而变得低效。此外，因为环谐振器的Q因子减小(并且因此，反馈滤波器拓宽)，多个光学腔模式(optical cavity mode)可以在环谐振器内发射激光，这可能不利地影响激光器稳定性并且可以导致模式跳跃。

原理上，使用游标(vernier)双环谐振器反射器可以解决这些问题。具体而言，具有略微不同的半径的两个微环谐振器可以通过游标效应提供扩展的波长调谐范围。例如，使用半径为7.5μm和10μm的环谐振器可以获得45nm的调谐范围(亦即，FSR)。这种宽的FSR可以促进稳定并且单模的激光器操作。

然而，在实践中，游标双环谐振器反射器经常带来附加的挑战。例如，关于游标双环谐振器反射器的挑战之一是波长控制，因为它要求两个独立环谐振器的精确控制，使得它们保持彼此对齐，并且使得仅一个反射波长可以在整个激光腔中穿过。具体而言，该要求典型地要求每个环谐振器的谐振频带被提前检查、彼此对齐并且在谱域中被确认。该方法通常昂贵并且缓慢，这会使得游标双环谐振器反射器不那么有吸引力。

因此，需要的是不具有上述问题的光学源。

发明内容