基于锥形波导增益的高功率硅基III-V族外腔激光器的制作方法

技术特征：
1.一种基于锥形波导增益的高功率硅基iii-v族端面耦合外腔激光器，包括锥形波导反射型半导体光放大器和硅基光子外腔芯片，该硅基光子外腔芯片上集成有模斑转换器和其余外腔器件，所述的模斑转换器用于耦合所述的反射型半导体光放大器和其余外腔器件，其特征在于，所述的反射型半导体光放大器的后端为窄脊波导，保证单横模工作状态，端面具有大于90％的反射率；所述的反射型半导体光放大器前端为锥形波导或宽波导，增加饱和功率和散热效率，输入高电流，实现高功率输出，端面反射率≤0.005％；所述的反射型半导体光放大器采用iii-v族材料或ii-vi族材料，有源区采用啁啾量子阱结构、量子线结构或量子点结构；所述的模斑转换器与所述的反射型半导体光放大器的前端面具有较高的模式匹配度，该所述的模斑转换器通过非线性的渐变结构逐步缩小光斑的横向大小，使该模斑转换器的另一端与所述的其余外腔器件匹配，从而实现将大输出功率、扁平的单横模光场压缩至与所述的其余外腔器件匹配的单模光场。2.根据权利要求1所述的基于锥形波导增益的高功率硅基iii-v族端面耦合外腔激光器，其特征在于，所述的模斑转换器还可以采用线性锥形波导、多端口波导、三叉戟波导等结构。3.根据权利要求1或2所述的基于锥形波导增益的高功率硅基iii-v族端面耦合外腔激光器，其特征在于，所述的其余外腔器件包括第一移相器(103-1)、第二移相器(103-2)、第一多模干涉耦合器(104-1)、第二多模干涉耦合器(104-2)、第一微环滤波器(105-1)、第二微环滤波器(105-2)和定向耦合器(106)；所述的模斑转换器(102)后端与所述的第一移相器(103-1)前端相连，所述的第一移相器(103-1)后端与所述的第一多模干涉耦合器(104-1)前端相连，所述的第一多模干涉耦合器(104-1)后端两个通道分别与第一微环滤波器(105-1)前端和第二微环滤波器(105-2)前端相连，所述的第一微环滤波器(105-1)和第二微环滤波器(105-2)后端与所述的定向耦合器(106)前端相连，所述的定向耦合器(106)后端两条通道分别与所述的第二移相器(103-2)前端和所述的第二多模干涉耦合器(104-2)前端一条通道相连，所述的第二移相器(103-2)后端与第二多模干涉耦合器(104-2)前端另一条通道相连，所述的第二多模干涉耦合器(104-2)后端即为激光的输出端。4.根据权利要求3所述的基于锥形波导增益的高功率硅基iii-v族端面耦合外腔激光器，其特征在于，所述的第一移相器(103-1)和第二移相器(103-2)采用热光移相器或电光移相器。5.根据权利要求3所述的基于锥形波导增益的高功率硅基iii-v族端面耦合外腔激光器，其特征在于，所述的第一微环滤波器(105-1)和第二微环滤波器(105-2)为两个半径不同的微环结构，其构成游标滤波器，滤波器也可以采用光栅等结构。6.根据权利要求3所述的基于锥形波导增益的高功率硅基iii-v族端面耦合外腔激光器，其特征在于，所述的第一多模干涉耦合器(104-1)、第一微环滤波器(105-1)、第二微环滤波器(105-2)、定向耦合器(106)以及它们之间连接的波导共同构成sagnac环形反射器，反射器结构也可采用布拉格光栅等结构。7.根据权利要求3所述的基于锥形波导增益的高功率硅基iii-v族端面耦合外腔激光器，其特征在于，所述的定向耦合器(106)为功率输出结构，也可以采用saganc环、布拉格光栅、2
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2的多模干涉仪等其他形式的功率输出结构。
8.根据权利要求1-7任一所述的基于锥形波导增益的高功率硅基iii-v族端面耦合外腔激光器，其特征在于，所述的硅基光子外腔芯片上集成的所有部件由氮化硅材料、硅材料或二氧化硅材料等光电子波导材料实现。9.根据权利要求1-7任一所述的基于锥形波导增益的高功率硅基iii-v族端面耦合外腔激光器，其特征在于，所述的反射型半导体光放大器和硅基光子外腔芯片通过端面耦合的方式对准并封装在一起。

技术总结
本发明公开了一种基于锥形波导增益的高功率硅基III-V族端面耦合外腔激光器。锥形波导增益通过增加波导的面积，显著提高散热性能和饱和功率，对应提高了输入电流的上限，可以实现瓦级别的输出，比传统窄脊波导增益的最大功率高数倍。外腔芯片上的非线性模斑转换器端面结构和增益芯片锥形端面结构具有很高的模式匹配度，并通过非线性渐变结构逐步缩小横向的模式大小，直至和外腔直波导完全匹配。本发明为片上激光器，具有高集成度、高可行性和利于大规模生产的优势，能够同时实现高功率、窄线宽、宽调谐等性能指标，可以应用于波分复用系统和激光雷达系统等领域。系统和激光雷达系统等领域。系统和激光雷达系统等领域。


技术研发人员：郭宇耀 鄂思宇 周林杰 陆梁军 陈建平 金敏慧
受保护的技术使用者：上海交大平湖智能光电研究院
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/3/10