具有腔内调制器的激光器的制作方法

本发明总体上涉及光电子设备，并且具体地涉及半导体激光器。

背景技术：

1、波域复用(wdm)通常用于高速光通信，以使得具有不同载波波长的多个通信信号能够通过同一光纤来传输。一些wdm设备使用单个激光器，以便以波长梳来发射辐射，以同时提供多个波长下的载波。本说明书和权利要求书中使用的术语“梳”是指不同光谱子带的集合，这些子带的相应中心波长在波长上以相等步长间隔开。术语“梳状滤波器”是指具有由这样的梳组成的通带的光学滤波器，使得梳状滤波器使波长在该集合中的不同光谱子带中的任何光谱子带中的光通过，同时阻挡在该集合中的子带之间的波长。术语“光”和“光学辐射”在本说明书和权利要求书中同义地用于指代在红外、可见光和紫外光谱范围中的任何范围内的电磁辐射。

2、尽管大多数激光器以单个波长进行操作，但具有梳状输出的激光器在本领域是已知的。例如，zhang等人在题为“quantum dot soa/silicon external cavity multi-wavelength laser”的文章(发布于optics express 23:4(2015),第4666-4671页)中描述了多波长激光器。这篇文章中描述的设备包括量子点反射型半导体光学放大器以及具有萨格纳克(sagnac)环形反射镜和微环波长滤波器的绝缘体上硅芯片。作者展示了来自单个腔的四个主要激光峰值。

3、作为另一示例，chen等人在“a comb laser-driven dwdm silicon photonictransmitter based on microring modulators”(发布于optics express 23:16(2015),第21541-21548页)中描述了具有环形调制器的梳状激光器。dwdm传输器基于单量子点梳状激光器、以及基于微环谐振器的调制器的阵列。微环的谐振波长被热调谐以与由梳状激光器提供的波长对准。

技术实现思路

1、下文所述的本发明的一些实施例提供了以波长梳来输出光学辐射的半导体激光器设备、以及用于生产和操作这样的设备的方法。

2、因此，根据本发明的一个实施例，提供了一种光电子设备，该光电子设备包括被配置为放大给定增益带内的激光辐射的增益介质。容纳增益介质的谐振光学腔包括设置在增益介质的第一侧上的第一反射器、以及设置在增益介质的与第一侧相反的第二侧上的第二反射器。设置在第一反射器与第二反射器之间的梳状滤波器被配置为使增益带内的不同波长子带的集合通过，不同波长子带的集合限定梳。与梳状滤波器串联地设置在第一反射器与第二反射器之间的多个光学环形谐振器具有邻近梳的不同的相应波长子带的可调谐谐振波长。控制电路被耦合以向光学环形谐振器施加相应控制电压，以相对于相应波长子带来调谐相应谐振波长，从而调制从设备输出的激光辐射中的子带。

3、在一些实施例中，该设备包括光学基板，其中梳状滤波器和多个光学环形谐振器设置在光学基板上，并且通过光学基板上的波导与增益介质互连。在一个公开的实施例中，增益介质和第一反射器在有源光学芯片上限定反射型半导体光学放大器(rsoa)，并且波导和第二反射器限定激光腔，激光腔在有源光学芯片外部耦合到rsoa并且容纳梳状滤波器和光学环形谐振器。在一个实施例中，外部耦合到有源光学芯片的激光腔包括硅光子集成电路(pic)，pic上设置有梳状滤波器和光学环形谐振器。

4、在一个公开的实施例中，该设备包括与梳状滤波器串联地设置在第一反射器与第二反射器之间的带通滤波器，带通滤波器具有涵盖梳中的波长子带的子集的通带。另外地或替代地，该设备包括与梳状滤波器串联地设置在第一反射器与第二反射器之间以调谐谐振光学腔的相位的相位调谐器。

5、在一些实施例中，光学环形谐振器中的每个光学环形谐振器包括相应谐振环，其中控制电路被配置为调节控制电压以修改谐振环的有效折射率并且从而调谐相应谐振波长。在一个公开的实施例中，光学环形谐振器中的每个光学环形谐振器包括邻近相应谐振环的半导体结，并且控制电压通过偏置半导体结来修改有效折射率。

6、在一个实施例中，控制电路被配置为通过相对于相应波长子带而调谐相应谐振波长来接通和断开子带。另外地或替代地，控制电路被配置为通过相对于相应波长子带而调谐相应谐振波长来调节子带的相应强度。

7、根据本发明的一个实施例，还提供了一种用于生成辐射的方法。该方法包括在谐振光学腔中插入增益介质，增益介质被配置为放大给定增益带内的激光辐射。谐振光学腔包括设置在增益介质的第一侧上的第一反射器、以及设置在增益介质的与第一侧相反对的第二侧上的第二反射器。在谐振光学腔中在第一反射器与第二反射器之间插入梳状滤波器。梳状滤波器被配置为使增益带内的不同波长子带的集合通过，不同波长子带的集合限定梳。与梳状滤波器串联地在谐振光学腔中在第一反射器与第二反射器之间插入多个光学环形谐振器。光学环形谐振器具有邻近梳的不同的相应波长子带的可调谐谐振波长。向光学环形谐振器施加相应控制电压，以相对于相应波长子带来调谐相应谐振波长，从而调制从设备输出的激光辐射中的子带。

8、通过以下对本发明的实施例的详细描述，结合附图，将能够更充分地理解本发明，在附图中：

技术特征：

1.一种光电子设备，包括：

2.根据权利要求1所述的设备，包括光学基板，其中所述梳状滤波器和所述多个光学环形谐振器被设置在所述光学基板上，并且通过所述光学基板上的波导与所述增益介质互连。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述增益介质和所述第一反射器在有源光学芯片上限定反射型半导体光学放大器rsoa，并且其中所述波导和所述第二反射器限定激光腔，所述激光腔在所述有源光学芯片外部耦合到所述rsoa，并且容纳所述梳状滤波器和所述光学环形谐振器。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述增益介质包括iii-v族半导体材料，并且其中外部耦合到所述有源光学芯片的所述激光腔包括硅光子集成电路pic，所述pic上设置有所述梳状滤波器和所述光学环形谐振器。

5.根据权利要求1所述的设备，包括带通滤波器，所述带通滤波器与所述梳状滤波器串接地设置在所述第一反射器与所述第二反射器之间，所述带通滤波器具有涵盖所述梳中的所述波长子带的子集的通带。

6.根据权利要求1所述的设备，包括相位调谐器，所述相位调谐器与所述梳状滤波器串接地设置在所述第一反射器与所述第二反射器之间，以调谐所述谐振光学腔的相位。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述光学环形谐振器中的每个光学环形谐振器包括相应的谐振环，其中所述控制电路被配置为调节所述控制电压，以修改所述谐振环的有效折射率，并且由此调谐所述相应谐振波长。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述光学环形谐振器中的每个光学环形谐振器包括半导体结，所述半导体结邻近所述相应的谐振环，并且其中所述控制电压通过偏置所述半导体结，来修改所述有效折射率。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制电路被配置为通过相对于所述相应波长子带而调谐所述相应谐振波长，来接通和断开所述子带。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制电路被配置为通过相对于所述相应波长子带而调谐所述相应谐振波长，来调节所述子带的相应强度。

11.一种用于生成辐射的方法，所述方法包括：

12.根据权利要求11所述的方法，其中插入所述梳状滤波器和所述多个光学环形谐振器包括：在光学基板上形成所述梳状滤波器和所述光学环形谐振器，并且通过所述光学基板上的波导将所述增益介质耦合到所述梳状滤波器和所述光学环形谐振器。

13.根据权利要求12所述的方法，其中插入所述增益介质包括：在有源光学芯片上提供反射型半导体光学放大器rsoa，所述rsoa包括所述增益介质和所述第一反射器，并且其中将所述增益介质耦合到所述梳状滤波器和所述光学环形谐振器包括：将激光腔耦合到所述rsoa，所述激光腔位于所述有源光学芯片外部，并且由所述波导和所述第二反射器限定，并且容纳所述梳状滤波器和所述光学环形谐振器。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述增益介质包括iii-v族半导体材料，并且其中耦合所述激光腔包括：提供硅光子集成电路pic，所述pic上设置有所述梳状滤波器和所述光学环形谐振器。

15.根据权利要求11所述的方法，包括：在所述第一反射器与所述第二反射器之间插入与所述梳状滤波器串接的带通滤波器，所述带通滤波器具有涵盖所述梳中的所述波长子带的子集的通带。

16.根据权利要求11所述的方法，包括：在所述第一反射器与所述第二反射器之间插入与所述梳状滤波器串接的相位调谐器，以调谐所述谐振光学腔中的所述激光辐射的相位。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学环形谐振器中的每个光学环形谐振器包括相应的谐振环，其中施加所述相应控制电压包括：调节所述控制电压，以修改所述谐振环的有效折射率，并且由此调谐所述相应谐振波长。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述光学环形谐振器中的每个光学环形谐振器包括半导体结，所述半导体结邻近所述相应的谐振环，并且其中调节所述控制电压包括：偏置所述半导体结。

19.根据权利要求11所述的方法，其中施加所述相应控制电压包括：通过相对于所述相应波长子带而调谐所述相应谐振波长，来接通和断开所述子带。

20.根据权利要求11所述的方法，其中施加所述相应控制电压包括：通过相对于所述相应波长子带而调谐所述相应谐振波长，来调节所述子带的相应强度。

技术总结一种光电子设备包括被配置为放大给定增益带内的激光辐射的增益介质。谐振光学腔容纳增益介质，并且包括设置在增益介质的第一侧和第二侧上的第一反射器和第二反射器。梳状滤波器位于第一反射器与第二反射器之间，并且被配置为使增益带内的不同波长子带的集合通过，不同波长子带的集合限定梳。与梳状滤波器串联地位于第一反射器与第二反射器之间的多个光学环形谐振器具有邻近梳的不同的相应波长子带的可调谐谐振波长。控制电路向光学环形谐振器施加相应控制电压，以相对于相应波长子带来调谐相应谐振波长，从而调制从设备输出的激光辐射中的子带。技术研发人员：何晓光,R·纳加拉詹受保护的技术使用者：马维尔亚洲私人有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29