本發(fā)明涉及光通信集成器件領域，具體涉及一種基于模式變換器的硅基可調諧激光器及其實現(xiàn)方法。

背景技術：

可調諧激光器是光通信系統(tǒng)中的重要器件，傳統(tǒng)的可調諧激光器主要基于微機械轉鏡和衍射光柵實現(xiàn)，體積較大，不適合集成。硅基光子集成技術是近年來出現(xiàn)的新技術，具有與半導體工藝兼容、成本低和集成度高等優(yōu)點，廣泛應用在可調諧激光器的集成方面，形成硅基可調諧激光器。

目前，硅基可調諧激光器主要采用工藝穩(wěn)定性較差的微環(huán)實現(xiàn)，而其硅基反射光柵的穩(wěn)定性雖然高于微環(huán)，但是由于硅基光波導的有效折射率比較高，而且硅基反射光柵的最小尺寸小于180nm，使其只能采用昂貴的高精度加工工藝，導致加工工藝的成本較高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是解決現(xiàn)有的硅基可調諧激光器的工藝復雜度較高和成本較高的問題。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是提供一種基于模式變換器的硅基可調諧激光器，包括半導體光放大器、SOI晶圓以及設置在所述SOI晶圓上依次相互連接的耦合器、TE₀模波導、模式變換器、第一取樣光柵和第二取樣光柵，所述第一、第二取樣光柵間隔連接；

所述耦合器將所述半導體光放大器輸出的光場傳輸至所述TE₀模波導，得到TE₀模的光場；所述模式變換器將所述TE₀模的光場變換為有效折射率小于TE₀模的新模式的光場；所述第一、第二取樣光柵將所述新模式的光場反射回所述半導體光放大器。

在上述技術方案中，所述半導體光放大器在光傳播方向上的兩個面分別為部分反射面和透射面，所述透射面與所述耦合器對準，所述第一、第二取樣光柵將所述新模式的光場反射回所述部分反射面，所述部分反射面將所述新模式的光場一部分反射回所述硅基可調諧激光器的內部形成振蕩，另一部分以激光形式出射。

在上述技術方案中，所述TE₀模波導上還設有用于精調的調相器。

在上述技術方案中，所述第一、第二取樣光柵上分別設有用于調節(jié)反射光譜的第一、第二調諧器。

在上述技術方案中，所述第一、第二取樣光柵的反射光譜中重疊的譜峰為所述硅基可調諧激光器的出射激光波長。

在上述技術方案中，所述第一、第二取樣光柵的模式為新模式，所述新模式的有效折射率小于λ/4d，所述第一、第二取樣光柵的周期大于2×d；

其中，d為最小的加工精度；λ為所述硅基可調諧激光器的工作波長。

本發(fā)明還提供了一種基于模式變換器的硅基可調諧激光器的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

通過耦合器將半導體光放大器輸出的光場傳輸至TE₀模波導，得到TE₀模的光場；

通過模式變換器將TE₀模的光場變換為有效折射率小于TE₀模的新模式的光場；

通過第一、第二取樣光柵將新模式的光場反射回半導體光放大器。

在上述技術方案中，通過第一、第二取樣光柵將新模式的光場反射回半導體光放大器，具體包括以下步驟：

通過所述第一、第二取樣光柵將所述新模式的光場反射回所述半導體光放大器的部分反射面，通過所述部分反射面將所述新模式的光場一部分反射回所述硅基可調諧激光器的內部形成振蕩，另一部分以激光形式出射。

本發(fā)明通過模式變換器將TE₀模的光場變換為有效折射率小于TE₀模的新模式的光場，使設置在模式變換器上的第一取樣光柵和第二取樣光柵的模式為新模式，且有效折射率比TE₀模更低，滿足最小加工精度的要求，不需要采用更精密的加工手段，大大降低了工藝成本；而且第一、第二取樣光柵相比于微環(huán)工藝穩(wěn)定性更高；同時，第一、第二取樣光柵在同一條波導上，可省去光分路器(分光器)，降低復雜度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的一種基于模式變換器的硅基可調諧激光器的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種基于模式變換器的硅基可調諧激光器的俯視圖；

圖3為本發(fā)明提供的半導體光放大器與耦合器的俯視圖；

圖4為本發(fā)明提供的一種基于模式變換器的硅基可調諧激光器的實現(xiàn)方法流程圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖和具體實施方式對本發(fā)明做出詳細的說明。

附圖標記說明：

1-半導體光放大器，2-耦合器，3-TE₀模波導，4-調相器，5-模式變換器，6-第一取樣光柵，7-第一調諧器，8-第二取樣光柵，9-第二調諧器，10-SOI晶圓，11-部分反射面，12-透射面，13-激光出射。

本發(fā)明實施例提供了一種基于模式變換器的硅基可調諧激光器，如圖1-3所示，包括：

半導體光放大器1、SOI晶圓10以及制作在SOI晶圓10上依次相互連接的耦合器2、TE₀模波導3、模式變換器5、第一取樣光柵6和第二取樣光柵8，第一取樣光柵6和第二取樣光柵8間隔連接，半導體光放大器1在光傳播方向上的兩個面分別為部分反射面11和透射面12，透射面12與耦合器2對準。

半導體光放大器1輸出的光場經耦合器2傳輸至TE₀模波導3，光場的模式變換為TE₀模，模式變換器5將TE₀模的光場變換為有效折射率比TE₀模更低的新模式的光場，第一取樣光柵6和第二取樣光柵8將新模式的光場反射回半導體光放大器1的部分反射面11，部分反射面11將新模式的光場一部分反射回硅基可調諧激光器的內部形成振蕩，另一部分以激光形式出射13。

TE₀模波導3上還設有用于精調的調相器4。

第一取樣光柵6和第二取樣光柵8上分別設有用于調節(jié)反射光譜的第一調諧器7和第二調諧器9，第一取樣光柵6和第二取樣光柵8的反射光譜均為梳狀譜，根據(jù)游標卡尺效應，利用第一調諧器7和第二調諧器9分別調諧第一取樣光柵6和第二取樣光柵8的反射光譜。其中，第一取樣光柵6和第二取樣光柵8的反射光譜中重疊的譜峰為硅基可調諧激光器的出射激光波長。

第一取樣光柵6和第二取樣光柵8的模式為新模式，新模式的有效折射率小于λ/4d，第一、第二取樣光柵的周期大于2×d，其中，d為最小的加工精度；λ為硅基可調諧激光器的工作波長。

本發(fā)明實施例還提供了一種基于模式變換器的硅基可調諧激光器的實現(xiàn)方法，如圖4所示，包括以下步驟：

S1、通過耦合器將半導體光放大器輸出的光場傳輸至TE₀模波導，得到TE₀模的光場。

S2、通過模式變換器將TE₀模的光場變換為有效折射率小于TE₀模的新模式的光場。

S3、通過第一、第二取樣光柵將新模式的光場反射回半導體光放大器的部分反射面。

S4、通過部分反射面將新模式的光場一部分反射回硅基可調諧激光器的內部形成振蕩，另一部分以激光形式出射。

本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下作出的結構變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術方案，均落入本發(fā)明的保護范圍之內。