一种宽光谱频梳激光器

【技术领域】

本发明涉及光电子领域，具体涉一种宽光谱频梳激光器。

【背景技术】

飞速发展的互联网技术带来了海量数据需要存储、传输，随之而来对光通信和数据中心的带宽提出了更高的要求。相比用于长距传输的相干通信技术，波分复用技术具有带宽高、成本低的特点，然而目前波分复用技术多为4波粗波分复用器(CWDM)与密集波分复用器(DWDM)技术。随着时代的发展，未来800G光模块将采用8通道波分复用，增加的通道使得每个光模块需要8个甚至更多不同波长的半导体激光器，这对芯片成本和模块功耗都有极大的挑战。但是，现有技术的多波长激光器微组装具有高成本、高功耗、可扩展性差的问题。如当波分复用采用多颗不同波长的激光器芯片，通过封装的形式组装成光发射组件时，由于激光器良率问题，多颗不同稳定波长的激光器极大的提高了发射组件制造成本。

因此，如果能实现单颗激光器输出多个波长，即可解决多波长和模块功耗等问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种低成本、超高带宽、频梳强度一致(平顶化)的解决未来超高带宽通信的多波长光源问题的宽光谱频梳激光器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：

一种宽光谱频梳激光器，包括频梳激光源、外部激光源、环形器和隔离器，所述环形器具有若干按先后顺序传输激光的端口，所述外部激光源、频梳激光源和隔离器依次分别对接所述环形器的由先至后的端口，所述频梳激光源为量子点激光器。

在其中一个实施例中，所述量子点激光器为量子点频梳激光器。

在其中一个实施例中，所述量子点频梳激光器为单一腔体的量子点脊波导激光器，或单片集成的多级量子点锁模激光器。

在其中一个实施例中，所述量子点频梳激光器频梳的频率间隔和激光器腔长满足公式下式：

f＝c/(2nL)，

其中，f为频率间隔，n为激光器材料有效折射率，L为激光器腔长。

在其中一个实施例中，所述环形器具有按先后顺序传输激光第一端口、第二端口和第三端口，所述外部激光源、频梳激光源和隔离器分别依次对接所述第一端口、第二端口和第三端口，所述第一端口和第二端口分别依次输入所述频梳激光源和外部激光源的光信号，所述第三端口向所述隔离器输出光信号。

在其中一个实施例中，所述频梳激光源和环形器间设有偏振控制器，所述频梳激光源发出的光信号经所述偏振控制器控制偏振态后输入所述环形器。

在其中一个实施例中，所述外部激光源和环形器间设有光纤衰减器，所述外部激光源发出的光信号经所述光纤衰减器降低能量后输入所述环形器。

在其中一个实施例中，所述外部激光源为可调谐激光器。

在其中一个实施例中，所述外部激光源为量子点或量子阱激光器。

在其中一个实施例中，所述外部激光源经所述环形器对所述频梳激光源发出的光信号中单一波长注入锁定，频梳整形后的所述光信号由所述环形器输出，输出后的所述光信号为平顶光束。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明采用量子点技术本身材料可以直接产生频梳，外部注入的单模激光也可利用同一材料制作，最终可实现单片集成，具有很高的集成度。由于量子点非均匀展宽特性带来相比量子阱结构更宽的光谱，由于量子点的四波混频效应更容易产生光频梳，产生的频梳拥有更好地光学特性。通过注入锁定可以进一步稳定光频梳，并通过调节注入锁定波长实现光谱整形输出平顶化的频梳光源，可作为未来波分复用系统中理想的频梳光源。本发明可降低激光器制造成本，拥有超高带宽，可进一步单片集成，具有更高的的集成度和更低的功耗，可解决未来超高带宽通信的多波长光源问题。

【附图说明】

图1是本发明宽光谱频梳激光器示意图；

图2是本激光器注入锁定后的平顶化频梳测试示意图；

图3是本激光器未注入锁定时产生的频梳测试示意图。

【具体实施方式】

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语″中心″、″纵向″、″横向″、″上″、″下″、″前″、″后″、″左″、″右″、″竖直″、″水平″、″顶″、″底″、″内″、″外″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语″第一″、″第二″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有″第一″、″第二″等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请创造的描述中，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

图1是本发明宽光谱频梳激光器示意图；图2是本激光器注入锁定后的平顶化频梳测试示意图；图3是本激光器未注入锁定时产生的频梳测试示意图。

请参阅图1所示，本发明一种宽光谱频梳激光器，包括频梳激光源1、外部激光源2、环形器3和隔离器4。环形器3是将进入其任一端口的入射波，按照由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件，其显著特点为能够单向传输高频信号能量。隔离器4是一种采用线性光耦隔离原理，将输入信号进行转换输出，其输入，输出和工作电源三者相互隔离，特别适合与需要电隔离的设备配用。

实施例中的环形器3具有若干按先后顺序传输激光的端口，外部激光源2、频梳激光源1和隔离器4依次分别对接环形器3的由先至后的端口，频梳激光源1为量子点激光器。在其中一个实施例中，量子点激光器为量子点频梳激光器。量子点由于其非线性展宽特性、高速载流子动态特向，使得量子点材料更易于制作宽光谱量子点频梳激光器。为了进一步稳定量子点频梳激光器，通过引入外部激光，通过对频梳中单一波长注入锁定，可实现对频梳整形的效果，从而实现平顶化的频梳激光输出，使得该技术制作的频梳光源易于应用于波分复用光模块中。其中上述平顶光束即不同于常规的高斯光束，其光强在光谱上具备均匀分布的特点。

量子点是一种重要的低维半导体材料，其三个维度上的尺寸都不大于其对应的半导体材料的激子玻尔半径的两倍。量子点一般为球形或类球形，其直径常在2-20nm之间。常见的量子点由IV、II-VI，IV-VI或III-V元素组成。具体的例子有硅量子点、锗量子点、硫化镉量子点、硒化镉量子点、碲化镉量子点、硒化锌量子点、硫化铅量子点、硒化铅量子点、磷化铟量子点和砷化铟量子点等。本实施例中的量子点材料优选采用铟镓砷(InGaAs)/砷化铟(InAs)材料，由InGaAs/InAs材料及相应的衬垫结构形成频梳激光源1的有源层。

在其中一个实施例中，量子点频梳激光器为单一腔体的量子点脊波导激光器，或单片集成的多级量子点锁模激光器。由于量子点材料本身的非线性特性，其通过自身波导内的四波混频效应可产生频梳，同时也可作为锁模激光器。

在其中一个实施例中，量子点频梳激光器频梳的频率间隔和激光器腔长满足公式下式：

f＝c/(2nL)，

其中，f为频率间隔，n为激光器材料有效折射率，L为激光器腔长。

在其中一个实施例中，环形器3具有按先后顺序传输激光第一端口、第二端口和第三端口，外部激光源2、频梳激光源1和隔离器4分别依次对接第一端口、第二端口和第三端口，第一端口和第二端口分别依次输入频梳激光源1和外部激光源2的光信号，第三端口向隔离器4输出光信号。

在其中一个实施例中，频梳激光源1和环形器3间设有偏振控制器5，，偏振控制器5用于对光的偏振态的控制。频梳激光源1发出的光信号经偏振控制器5控制偏振态后输入环形器3。

在其中一个实施例中，外部激光源2和环形器3间设有光纤衰减器6(VOA)。光纤衰减器6是能降低光信号能量的一种光器件，用于对输入光功率的衰减，通过调节得到最佳注入光强对量子点频梳激光器实现注入锁定。外部激光源2发出的光信号经光纤衰减器6降低能量后输入环形器3。

在其中一个实施例中，外部激光源2为可调谐激光器。可调谐激光器是指在一定范围内可以连续改变激光输出波长的激光器。

在其中一个实施例中，外部激光源2为量子点或量子阱激光器。本发明采用量子点技术本身材料可以直接产生频梳，外部注入的单模激光也可利用同一材料制作，最终可实现单片集成，具有很高的集成度。

在其中一个实施例中，外部激光源2经环形器3对频梳激光源发出的光信号中单一波长注入锁定，频梳整形后的光信号由环形器3输出，输出后的光信号为平顶光束，即产生的光频梳强度变化幅度小于3dB。

参考图2、图3，经测试，激光器注入锁定后实现平顶化的频梳激光输出，使得该技术制作的频梳光源易于应用于波分复用光模块中。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明采用量子点技术本身材料可以直接产生频梳，外部注入的单模激光也可利用同一材料制作，最终可实现单片集成，具有很高的集成度。由于量子点非均匀展宽特性带来相比量子阱结构更宽的光谱，由于量子点的四波混频效应更容易产生光频梳，产生的频梳拥有更好地光学特性。通过注入锁定可以进一步稳定光频梳，并通过调节注入锁定波长实现光谱整形输出平顶化的频梳光源，可作为未来波分复用系统中理想的频梳光源。本发明可降低激光器制造成本，拥有超高带宽，可进一步单片集成，具有更高的的集成度和更低的功耗，可解决未来超高带宽通信的多波长光源问题。

以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。