[发明专利]一种采用铌酸锂材料制成的波长高速调谐的激光器

说明书

本发明公开了一种采用铌酸锂材料制成的波长高速调谐的激光器，包括：铌酸锂薄膜芯片(即LNOI芯片)；设置在所述铌酸锂薄膜芯片上的第一模斑转换器(SSC，spot size converter)；与所述第一模斑转换器连接的复合谐振腔，所述的复合谐振腔采用铌酸锂材料。本发明复合谐振腔采用铌酸锂材料，具有很好的电光效应。X‑cut铌酸锂薄膜当光模式沿着y方向传播，电场方向为z方向，其电光系数r33可达30.8pm/V。本发明这种激光器波长调谐速度可达ns级，调谐范围可达10nm以上，可用于光交换网络中减少网络拥堵，使信息传输更快。

技术领域

本发明涉及波长高速调谐的激光器技术领域，具体涉及一种采用铌酸锂材料制成的波长高速调谐的激光器。

背景技术

目前市场上的波长可调激光器大多基于InP材料，例如分布式布拉格光栅阵列激光器(DFB array)，垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)。为了降低光子器件的成本和功耗，人们通常需要缩小器件尺寸并使用经过重新设计和低成本的工艺制造它。实现这种集成光学相干光源的一个典型方案是硅基光子波导系统，由于其大晶片尺寸，低成本材料以及使用来自电子设备的制造工艺和设备，使其成为单片集成的良好平台。

随着数字网络的迅速发展与大数据时代的来临，光通信网中的光交换技术将成为减少拥塞延时，提高吞吐量的关键技术，其中利用波长可调激光器(TLS)的载波波长变换型波长路由光交换的方案因系统简洁、控制单元少被广泛关注。载波波长变换型光交换的速率取决于波长可调激光器，当光交换单元中的调谐激光器波长跳变速率变快，即使用ns级硅基高速波长可调激光器时，可以有效减少拥塞延时，增加传输能力，是解决光通信网络中带宽和交换延迟技术瓶颈的有效方式。

InP波长可调激光器的波长调谐大多基于热调或MEMS(微机控制)机械调制，各高校及机构研制的硅基波长可调激光器可调原理也大多基于硅波导的热光效应，波长切换的速度量级均在微秒以上。波长切换时间在纳秒级的硅基波长可调激光器研究在世界上仍为空白。因此，为降低光交换延迟时间(10ns)，大幅提高波长可调激光器的波长跳变速率，本发明针对紧凑、低功耗、高可靠的硅基集成高速波长可调激光器。

未来的光子系统要求调制器具有CMOS兼容的驱动电压，大带宽，低光学插入损耗，高消光比，出色的信号质量以及与大规模制造的兼容性。虽然其他光子平台已投入良好的使用，但电光效应效果始终差强人意。LN(lithium niobate)晶体因其具有优良的压电、电光、热电及非线性光学效应，而被广泛应用于声学、集成光学、光通信和非线性光学等领域。随着光纤的大范围应用及集成光学的兴起LN在光波导方面的应用得到了足够的重视。然而目前有关LN的应用大多是基于体单晶开发的，LN薄膜与体单晶相比具有许多明显的优点，如LN晶体薄膜易于实现衬底与薄膜间陡峭的折射率界面和大的折射率差，可缩小光学模式体积并提高电光效率。LN的材料特性非常适合同时实现超快速调制，低电压操作和低光损耗。LN中强大的电光(普克尔斯)效应会导致其折射率随时间的变化而产生线性变化。

于是本发明考虑使用硅基LN薄膜，把其刻蚀成需要的滤波结构，在LN薄膜波导两端加电极，使用LN薄膜本身具有的电光效应对滤波结构进行调制。既可以达到较高的调谐速率，满足光交换系统中所需较快的光切换，又可以达到相对于硅的载流子色散效应作用在滤波器中得到更大的调谐范围。

发明内容

本发明目的在于提供了一种采用铌酸锂材料制成的波长高速调谐的激光器，这种激光器波长调谐速度可达ns级，调谐范围可达10nm以上，可用于光交换网络中减少网络拥堵，使信息传输更快。

一种采用铌酸锂材料制成的波长高速调谐的激光器，包括：

铌酸锂薄膜芯片(即LNOI芯片)；

设置在所述铌酸锂薄膜芯片上的第一模斑转换器(SSC，spot size converter)；