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Ⅲ-Ⅴ-on-Si3N4widely tunable narrow-linewidth laser based on micro-transfer printing

Photonics Research 2024年第11期12卷 2508-2520页

作者： BIWEI PAN JEROME BOURDERIONNET VINCENT BILLAULT JEONG HWAN SONG SARVAGYA DWIVEDI GUENOLE DANDE MARCUS DAHLEM DIEGO CARBAJAL ALTAMIRANO cian cummins SANDEEP SEEMA SASEENDRAN PHILIPPE HELIN JOAN RAMIREZ DELPHINE NéEL EMADREZA SOLTANIAN JING ZHANG GUNTHER ROELKENS Photonics Research Group Department of Information Technology (INTEC)Ghent University-IMEC Thales Research and Technology IMEC Ⅲ-Ⅴ Lab

Leveraging its superior waveguide properties, silicon-nitride（Si3N4） photonics is emerging to expand the applications of photonic integrated circuits to optical systems where bulk optics and fibers today still dominate. In order to fully leverage its advantages, heterogeneous integration of Ⅲ-Ⅴ gain elements on Si3N4is one of the most critical steps. In this paper, we demonstrate a Ⅲ-Ⅴ-on-Si3N4widely tunable narrow-linewidth laser based on micro-transfer printing. Detailed design considerations of the tolerant Ⅲ-Ⅴ-to-Si3N4vertical coupler, Si3N4-based micro-ring resonators（MRRs）, and micro-heaters are discussed. By introducing the dispersion of Si3N4waveguide in the design, the proposed Vernier MRRs enable an extended tuning range over multiple Vernier periods. The laser shows a wavelength tuning range of 54 nm in C and L bands with intrinsic linewidth less than 25 kHz. Within the tuning range, the side mode suppression ratio is larger than 40 dB and the output power in the Si3N4waveguide reaches 6.3 mW. The integration process allows for the fabrication and quality control of both the Si3N4circuits and Ⅲ-Ⅴ devices in its own foundry, which greatly enhances the integration yield and paves the way for large-scale integration.

关键词： laser based linewidth micro-transfer narrow printing tunable widely

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