[发明专利]硅基波长快速切换外腔激光器

说明书

一种硅基波长快速切换外腔激光器，该外腔激光器的反射型半导体光放大器通过硅基光斑尺寸转换器连接到输出耦合器，输出耦合器连接2×2光开关的一个输入端，2×2光开关的两个输出端分别通过移相器各连接一个大自由光谱范围的窄通带滤波器，每个窄通带滤波器的输出端均连接一个反射镜。窄通带滤波器集成了热光移相器；2×2光开关集成了热光移相器和电光移相器，分别用于更正工艺引起的相位误差和高速切换开关状态。本发明通过两组窄通带滤波器和反射镜形成的外腔反馈光路，可在自由光谱区同时设置不同的反馈波长，通过2×2光开关对反馈光路的快速切换，可以实现激光器波长的ns量级快速大范围调谐，满足波分复用Burst状态等应用需求。

技术领域

本发明涉及光通信的集成光学领域，具体涉及一种硅基波长快速切换外腔激光器。

背景技术

在集成光学领域，硅基光子器件由于其CMOS兼容、折射率差大、良好的热光效应和载流子色散效应等优势，在近些年取得了长足的发展。其中，硅基MZM调制器、硅基微环调制器已经在光通信、光互连领域取得产品级应用。随着网络数据的飞速增长，相干光通信正逐步由长距向短距过渡，硅基光电子集成系统可在这个过程中扮演重要角色。

然而由于硅间接带隙的材料特性，硅基光源一直是影响其发展的瓶颈问题。III-V族和硅基混合集成形成外腔激光器由于其具备生产过程简便、良率高、线宽小、调谐范围宽等潜在优势，近些年得到了研究人员的重视。在硅基外腔激光器输出波长可调的基础上实现输出波长的快速切换，可进一步拓展硅基外腔激光器的应用范围，比如应对波分复用(WDM)系统中Burst状态。

文献报道的硅基波长可调范围广且输出波长可快速切换的技术思路是：不同路由的反馈结构分别集成有电致可调光衰减器(VOA)，并通过耦合器对称连接至半导体光放大器。该方案通过快速调节光衰减器来控制不同路由反馈信号的强弱，进而实现波长快速切换，这样的方案在波长切换中存在额外损耗的问题。

发明内容

本发明提供了一种硅基波长快速切换外腔激光器，通过2×2电调光开关快速切换滤波反馈路由，进而实现低功耗和快速切换波长的目的。

本发明的技术解决方案如下：

一种硅基波长快速切换外腔激光器，其特点在于：包括反射型半导体光放大器、光斑尺寸转换器、输出耦合器、2×2光开关、两个移相器、两个窄通带滤波器和两个反射镜，所述的反射型半导体光放大器的输出端连接所述的光斑尺寸转换器的输入端，该光斑尺寸转换器的输出端连接所述的输出耦合器，之后连接所述的2×2光开关的一个输入端，该2×2光开关的两个输出端各经过一个所述的移相器连接一个所述的窄通带滤波器和一个所述的反射镜。

所述的反射型半导体光放大器的一端具有高反射率(反射率≥90％),另一端具有低反射率(反射率≤0.005％)，低反射率端与光斑尺寸转换器相连。

所述光斑尺寸转换器采用倒锥耦合器、悬空波导耦合器等结构。

所述输出耦合器，采用定向耦合器、绝热定向耦合器等结构。

所述移相器采用热光移相器。

所述的2×2光开关由等臂的2×2马赫-增德尔干涉器(MZI)构成，所述的2×2马赫-增德尔干涉器的两臂均包括热光移相器和电光移相器，所述的热光移相器用于弥补工艺误差引起的相位偏移，所述的电光移相器实现快速光路切换。

所述反射镜为萨尼亚克(Sagnac)反射环或布拉格光栅结构。

除反射型半导体光放大器外的其余部件都可由硅波导实现，反射型半导体光放大器和硅芯片可以通过对接耦合、倒装耦合或键合等方式进行对准。

本发明和现有技术相比，有益效果主要体现在如下方面：