[发明专利]硅基混合集成可调谐激光器及光子芯片

说明书

一种硅基混合集成可调谐激光器及光子芯片，所述激光器包括依次设置的半导体光放大器、硅基模斑变换器、热调硅基环形谐振器及硅基相移器和双端口硅基多模干涉反射镜。所述双端口硅基多模干涉反射镜包括输入波导、输出波导、多模波导，以及分别将输入波导、输出波导与所述多模波导一端连接的锥形波导，所述输入波导连接到所述热调硅基双环谐振器的输出端，所述多模波导的另一端具有两个与波导轴向成45°的刻蚀面，两个刻蚀面垂直相交处位于所述多模干涉自成像波导的轴线上；所述激光器和其他硅基功能器件组成光子芯片。本发明的可调谐激光器及光子芯片具有尺寸小、成本低的优点，易于集成，在集成光电子领域和光通信领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件技术领域，尤其涉及一种硅基混合集成可调谐激光光源及光子芯片，可应用于光互连、光交换、光传感等领域。

背景技术

随着人们对信息和通信要求的不断提高，可调谐激光器逐渐成为光通信系统中不可缺少的器件。它不但可以应用在波分复用系统中作为备份的光源来节约维修时间和成本，而且可以应用在通信系统中任何需要波长转变的地方，如波分复用系统中的数据路由、可重构光通信网络等。实现可调谐激光器的方案有多种，如DBR型半导体激光器结构、DFB型半导体激光器、面发射激光器，其中一个重要方案是将半导体光放大器芯片与一个外腔反馈元件组合的方式构成外腔激光器。外腔可调谐激光器相较于传统的面发射激光器和分布反馈激光器来说可以提供更宽的调谐范围和更窄的线宽。但是传统的外腔可调谐激光器通常要求体积庞大的光学系统和机械控制，光通信系统要求体积小、低成本的可调谐激光器。

无源光子集成技术可以用微纳光子结构给III-V族增益材料提供外部反馈实现波长调谐。在众多光子集成平台中，硅光子集成技术由于和CMOS工艺线有天然的兼容性、硅与二氧化硅之间折射率差大等优势，可以把器件做得十分紧凑并且成本较低。目前国内外已经报道了多种硅基可调谐激光器，这些硅基可调谐激光器都包括半导体光放大器、相移器、双环谐振器和一个环形反射镜或者布拉格反射镜，并利用端面耦合或者键合技术实现混合集成。这些硅基可调谐激光器结构里环形反射镜由于采用环形结构，需要比较大的弯折半径来减小光损耗，所以尺寸比较大；布拉格反射镜对工艺要求高，且不同波长反射率差异比较大，不利于实现宽带可调谐。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种硅基混合集成可调谐激光器及光子芯片，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

作为本发明的一方面，提供一种硅基混合集成可调谐激光器，包括：

半导体光放大器；

热调硅基环形谐振器及硅基相移器，其中，所述热调硅基环形谐振器连接到所述硅基相移器的输出端，所述硅基相移器耦合到所述半导体光放大器的输出端；

双端口硅基多模干涉反射镜，位于所述热调硅基双环谐振器的输出端；其中，所述双端口硅基多模干涉反射镜包括输入波导、输出波导、多模干涉自成像波导、以及分别将输入波导、输出波导与所述多模干涉自成像波导一端连接的锥形波导，其中：

所述输入波导连接到所述热调硅基双环谐振器的输出端，

所述多模干涉自成像波导不与锥形波导连接的另一端具有两个与波导轴向成45°的刻蚀面，两个所述刻蚀面垂直相交处位于所述多模干涉自成像波导的轴线上。

优选地，所述热调硅基环形谐振器包括串联的第一单环谐振器和第二单环谐振器，所述第一单环谐振器和第二单环谐振器的半径不同。

优选地，所述第一单环谐振器和第二单环谐振器均包括环形硅波导和所述环形硅波导上方设置的环形微加热电极，所述环形微加热电极材料选自Ti、Au或TiN。

优选地，所述硅基相移器为一段上方设置加热电极的硅波导。