高功率、窄線寬的混合集成外腔半導體激光器在空間相干激光通信、激光雷達、光學傳感等領域中有著廣泛應用。隨著相干激光通信技術的迅猛發展，1.55 μm波段高功率窄線寬半導體激光器性能得到了非常明顯的提升。

據麥姆斯咨詢報道，為了削弱波導模式的限制，改善芯片耦合效率，進一步提升激光器的輸出功率和壓窄線寬，中國科學院上海光學精密機械研究所、大連理工大學等機構的研究人員聯合提出一種混合集成高功率窄線寬激光器方案并研制成功，實現了激光線寬小于8 kHz，調諧范圍為55 nm，保偏輸出功率為220 mW。相關研究成果已發表于《中國激光》期刊。

該混合集成激光器由GaAs半導體光放大器（SOA）、InP增益芯片、Si3N4雙微環窄帶濾波芯片、準直透鏡和保偏光纖準直器構成。增益芯片與Si3N4芯片采用端面耦合方式進行對準以構成外腔激光器，Si3N4芯片上設計模斑轉換器、雙微環濾波器、相位調節和功率調節四個部分，其中模斑轉換器用于匹配增益芯片的模場、增大耦合效率，高Q值雙微環濾波器用于實現激光器的選頻和線寬壓窄。

增益芯片的背向窄線寬激光被耦合到SOA芯片中進行光功率放大，考慮到增益芯片與SOA模場尺寸的差別及熱串擾的影響，采用雙準直透鏡結構提高耦合效率。SOA放大后的激光被耦合到保偏光纖準直器中，實現了高功率窄線寬的激光保偏輸出。增益芯片長度為1 mm，前端面鍍有增透膜，反射率為0.01%。Si3N4波導損耗小于0.1 dB/cm。SOA芯片左右兩側均鍍有抗反射膜，最大工作電流為1.5 A，在光波長為1550 nm、輸入光功率為10 mW時放大系數大于25 dB。

混合集成半導體激光器：（a）結構示意圖；（b）蝶形封裝成品

研究人員對該激光器的性能進行了驗證。在溫度為22.2℃時，分別在100、150、200 mA增益芯片電流下進行了測試。結果表明，當SOA電流為1.2 A、增益芯片電流為200 mA時，可以實現226.3 mW的光纖耦合功率輸出，耦合效率為90.34%。通過調節外腔芯片上的相位和微環上的電極功率，可以在1529~1584 nm范圍內實現激光器調諧，該范圍覆蓋增益芯片的增益譜。該激光器在不同中心波長下，實現了窄線寬激光輸出，激光線寬為2~8 kHz。

激光器性能測試結果：（a）功率-電流曲線；（b）波長調諧曲線；（c）頻率噪聲曲線

研究人員稱，下一步工作將著力優化激光器的驅動控制電路，實現激光器波長的精準控制，改善SOA的工作效率，提高激光器的輸出功率。

審核編輯：劉清