一种新型混合集成激光器

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器,属于光通信技术领域,具体涉及一种新型混合集成激光器。

背景技术

随着光电子技术的快速发展,半导体激光器在航空航天、材料加工、军事、医疗等领域具有广泛的应用。半导体激光器中的滤波器和隔离器分别起到保证单一纵模震荡和抑制背向散射光的作用。当前国内成熟的半导体激光器多采用布拉格光栅和法拉第光隔离器作为滤波器和隔离器,然而两者在实际应用中存在一定的缺陷:布拉格光栅的带宽要求比较严格、制作工艺复杂、制作成本高且容易受到环境的影响、稳定性较差；法拉第光隔离器中的磁光材料需要一个非常强的磁铁,它们在可见波长到近红外波长范围中的影响较弱,很难在集成平台上操作。由于上述两点问题的存在，导致了激光器集成度的降低、稳定度的减小和成本的增加。

发明内容

本发明提供了一种新型混合集成激光器的设计方法,解决了现有技术存在的上述问题。

该激光器一方面采用一种硅光芯片作为选频原件,该种硅光芯片包含环形谐振器、螺线型波导和sagnac环,多个环谐振器相互配合实现了激光输出波长的选择,螺线型波导用于吸收杂光,sagnac环起到反射作用,用于组成谐振腔,三者相互配合共同实现了硅光芯片的选频作用。此外,硅光芯片中还设置有加热电极,通过调节电流大小控制加热电极发热,影响波导的折射率,一方面控制光学滤波器输出光的波长和相位,另一方面控制sagnac环的反射率。通过采用成熟的Si3N4平台,硅光芯片具有更好的集成度、更成熟的制作工艺、更低的制作成本和更高的稳定度。

另一方面,该激光器采用半导体光隔离器作为隔离原件,内部集成的环形谐振器由于克尔效应打破了环的顺时针和逆时针模式之间的简并性,允许进行非互易传输。所实现的半导体光隔离器一方面是无源、无磁的,没有额外的能量消耗,另一方面氮化硅材质的环形谐振器具有更好的兼容性,能够更好进行集成。

新型混合集成激光器通过采用硅光芯片和半导体光隔离器达到了高集成度、高稳定度和低成本的目标。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:

一种新型混合集成激光器，其特征在于，包括:

硅光芯片、半导体光放大器、增益芯片、半导体光隔离器和输出光纤；

所述硅光芯片,包括两个或者两个以上的环形谐振器和一个sagnac环,所述环形谐振器组成了光学滤波器,所述光学滤波器的一端与所述sagnac环相连接；

所述半导体光放大器,位于所述硅光芯片没有设置所述sagnac环的一侧,所述半导体光放大器的一侧镀有高反射膜,所述硅光芯片和所述半导体光放大器未镀膜一侧直接耦合；

所述增益芯片位于所述半导体光放大器高反射膜一侧,所述增益芯片和所述半导体光放大器直接耦合；

所述半导体光隔离器,内部集成一个或多个环形谐振器,位于所述增益芯片远离硅光芯片的一侧,所述增益芯片与所述半导体光隔离器直接耦合；

所述输出光纤,位于半导体光隔离器远离硅光芯片的一侧,所述输出光纤与半导体光隔离器直接耦合。

进一步的，所述硅光芯片中的所述环形谐振器上附有热电极。

进一步的，所述硅光芯片中的所述sagnac环上附有热电极。

进一步的，所述硅光芯片还包括一个或一个以上的螺线型波导,用于吸收余光。

进一步的，所述半导体光隔离器中的环形谐振器上附有热电极,通过调节电流大小控制所述热电极发热。

进一步的，所述硅光芯片和所述半导体光放大器、所述半导体光放大器和所述增益芯片、所述增益芯片和所述半导体光隔离器之间通过斜波导耦合光路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的新型混合集成激光器，解决了当前激光器集成度的低、稳定度小和成本高的问题。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明半导体光隔离器结构示意图；

图3为本发明硅光芯片结构示意图。

附图说明：1、硅光芯片；2、半导体光放大器；3、增益芯片；4、半导体光隔离器；5、输出光纤；41、第一环形谐振器；42、斜波导；11、热电极；12、第二环形谐振器；13、螺线型波导；14、sagnac环。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例的新型混合集成激光器，包括：

硅光芯片1，位于激光器最左侧，用于光学滤波，利用其中包含的光学滤波器过滤出目标波长的光,抑制其他波段的光,光学滤波器一侧连接具有光反射功能的sagnac环14,另一侧通过斜波导42与外界相联通。

半导体光放大器2，为激光光腔提供增益介质,其两侧都通过斜波导与外界连通且一侧镀有10%的高反射膜,其位于硅光芯片1右侧且未镀膜一侧直接与硅光芯片1相耦合,硅光芯片1和半导体光放大器2共同组成激光器光腔。

增益芯片3，用于放大光腔输出的激光,其两侧通过斜波导与外界相连通,位于半导体光放大器2右侧且与半导体光放大器2直接耦合。

半导体光隔离器4，用于抑制来于光纤的反射光,降低干扰,其位于增益芯片3右侧,通过斜波导42与增益芯片3直接相耦合。

输出光纤5，用于输出激光,位于光隔离器4右侧,直接与光隔离器4相耦合。

如图2所示，本实施例中利用的一种半导体光隔离器4实现光隔离的功能,包括一个第一环形谐振器41和两段斜波导42,利用第一环形谐振环11的克尔效应来打破顺时针和逆时针模式之间的简并性,允许进行非互易传输,从而实现反向光的隔离效果。半导体光隔离器4中的第一环形谐振器41上附有热电极11,通过调节电流大小控制热电极发热,进而能够控制半导体光隔离器4的隔离效果。

如图3所示,本实施例中利用一种硅光芯片进行激光波长的选择,包括两个第二环形谐振器12、四个螺线型波导13、一个sagnac环14、以及附在波导上的热电极11。其中,两个第二环形谐振器12共同组成了光学滤波器,筛选出目标波长,去除掉其他波长的光。四个螺线型波导13用来吸收没有耦合进环形谐振器的光,减小干扰。一个sagnac环14起到反射光线的作用,用于构成光腔。通过调节流过热电极电流的大小控制其发热,影响芯片的波导率,热电极11控制光学滤波器输出光的波长和相位,并控制sagnac环14的反射率。增益芯片3位于半导体光放大器2镀有高反射膜一侧，增益芯片3和半导体光放大器2直接耦合。

硅光芯片1和半导体光放大器2组成该激光器的光腔,光腔输出的激光经过增益芯片3的放大之后,通过半导体光隔离器4进入输出光纤5输出,半导体光隔离器4隔离掉输出光纤5中的反射光,减小干扰。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。