CN116706677A - 一种硅基外腔可调谐激光器及其锁模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种硅基外腔可调谐激光器及其锁模方法，所述激光器包括：硅光子外腔芯片、控制器和集成在所述硅光子外腔芯片上的锁模装置；锁模装置包括微环增强型MZI、2x4MMI耦合器和探测器组；其中，微环增强型MZI上包层采用TiO2；其中，硅光子外腔芯片产生的探测光进入微环增强型MZI，微环增强型MZI后面采用2x4MMI和探测器组作为接收端监控探测光从而获得正交差分功率值并反馈至控制器；控制器用于对锁模装置反馈的差分功率值调整施加在硅光子外腔芯片上的电压值。本发明基于Si‑TiO2波导的增强MZI结构，既可以实现绝热传导，又可以提高输出线性度，并通过锁模装置产生正交差分信号，提高了检测准确性。

Description

一种硅基外腔可调谐激光器及其锁模方法

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种硅基外腔可调谐激光器及其锁模方法。

背景技术

窄线宽半导体激光器因具有高相干性、低相频噪声、高频率稳定性以及宽波长调谐潜能，而成为超高速光通信、远距离空间激光通信、超高分辨率激光雷达和光学传感等领域的核心器件。首先，很多传感器需要激光光源具备大范围连续调谐的能力；另外，激光器的线宽越窄，相干长度越长，借助相干检测技术能够实现超高精度、超远距离的微弱信号检测。因此，随着相干检测技术在光纤通信以及光纤传感领域内的大规模应用，市场对可调谐激光器特别是窄线宽可调谐激光器的需求急剧增长。外腔可调谐激光器因具有线宽窄、调谐范围大、技术难度低等优点而收到广泛关注。但是外腔可调谐激光器有一个明显的缺点，容易受各种因素的影响发生跳模，从而导致激光器的特性劣化，抑制跳模是外腔可调谐激光器使用过程中一项必须解决的复杂技术。因此外腔可调谐激光器状态监控和在线调整是一项十分重要的工作。针对不同结构的外腔可调谐激光器提出的抑制跳模实现波长锁定的技术种类繁多，归纳起来就是针对振幅或相位条件偏离的监控和补偿技术。

而常用监控和补偿的手段一个是外置一个F-P标准具，实时接收增益芯片的背光，再通过外置电路实现动态调节，但是外置标准具一方面增加成本，另一方面不利于高度集成；另一个就是通过热敏电阻监控片上温度，但该方案缺点也很明显，一方面准确度不足，二是响应速度较慢，无法准确反馈微环波导上的实时温度。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种硅基外腔可调谐激光器及其锁模方法，在激光器片上集成基于Si-TiO2波导的锁模装置，无需外购标准具，提高了器件的集成度；基于Si-TiO2波导的增强MZI结构，既可以实现绝热传导，又可以提高输出线性度，并通过锁模装置产生正交差分信号，提高了检测准确性。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，提供一种硅基外腔可调谐激光器，包括：硅光子外腔芯片、控制器和集成在所述硅光子外腔芯片上的锁模装置；

所述锁模装置包括微环增强型MZI、2x4MMI耦合器和探测器组；

其中，微环增强型MZI上包层采用TiO2，可以实现绝热传导；

其中，硅光子外腔芯片产生的探测光进入微环增强型MZI，转换成线性度更高的输出信号；微环增强型MZI后面采用2x4MMI和探测器组作为接收端监控探测光从而获得正交差分功率值并反馈至控制器；

控制器，用于对锁模装置反馈的差分功率值调整施加在硅光子外腔芯片上的电压值。

进一步地，所述整个微环增强型MZI通过Si-TiO2波导结构使得当前区域结构保持绝热；Si-TiO2波导结构包括；TiO2上包层、SiO2下包层和Si芯层。

进一步地，锁模装置中，探测器组包括4个探测器，包括第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器；2x4MMI耦合器的两个输入端分别接收微环增强型MZI上下两臂传输过来的信号光，四个输出端分别接入4个探测器当中，进行信号检测；第一探测器和第三探测器信号相位差为π，第二探测器和第四探测器信号相位差为π，将上述两对探测器信号做差分处理后，两者差分信号相互正交。

进一步地，所述锁模装置分为两路；

第一路包括：第一微环增强型MZI、第一2x4MMI耦合器和第一探测器组；

第二路包括：第二微环增强型MZI、第二2x4MMI耦合器和第二探测器组；

其中，第一微环增强型MZI包括第一分束器、第一对称型MZI结构以及与MZI结构一臂耦合的第一微环；第二微环增强型MZI包括第二分束器、第二对称型MZI结构以及与MZI结构一臂耦合的第二微环；第一微环和第二微环透射谱错位状态，使得任意一个环的透射谱的峰值或峰谷所在波长位置总是对应在另一个环的上升或下降沿上。

进一步地，所述激光器还包括增益芯片，增益芯片与硅光子外腔芯片通过端面耦合，构成激光器；

硅光子外腔芯片还包括：边缘耦合器、第一直接耦合器、相控区、第一3dB分束器、微环滤波器、第二直接耦合器和第二3dB分束器；

边缘耦合器，用于将增益芯片与硅基外腔芯片的端面耦合；

第一直接耦合器，为2x2结构，与边缘耦合器、相控区以及硅基外腔芯片的两个信号输出端号OUT1和OUT2连接；

相控区，由硅波导及其上方加热电极构成，通过电极电热改变波导折射率，从而改变信号光的相位，通过相位调谐实现波长的精细控制；

第一3dB分束器，用于连接相控区和微环滤波器；

微环滤波器，由多个微环及其上方加热电极组成，通过电极加电，改变微环波导的有效折射率，从而改变微环的谐振波长，进行波长调谐；

第二直接耦合器，为1x2结构，输入端连接于第一直接耦合器的输出端，输出端分别与信号输出端号OUT1和第二3dB分束器连接，第二直接耦合器进行分光，大部分信号光自信号输出端号OUT1输出，小部分信号光通过第二3dB分束器进行分束，形成探测光进入锁模装置。

进一步地，所述相控区及微环滤波器与控制器电性连接；所述控制器通过调节施加在微环滤波器的加热电极上的电压值以调整微环的谐振波长进而控制激光器的输出波长，同时通过调节施加在所述相控区的加热电极上的电压值以调整信号光的相位进而实现波长的精细调节。

进一步地，边缘耦合器模斑尺寸与增益芯片相匹配。

第二方面，提供一种硅基外腔可调谐激光器的锁模方法，采用上述的硅基外腔可调谐激光器，锁模方法包括：集成在硅光子外腔芯片上的锁模装置监控探测光从而获得正交差分功率值并反馈至控制器；控制器依据所述锁模装置所反馈的差分功率值调整施加在所述硅基外腔芯片上的电压值。

进一步地，所述锁模方法具体包括：

步骤S100：激光器初始化，控制器通过调整施加在相控区与微环滤波器上的电压值，使硅光子外腔芯片外腔芯片的两个信号输出端功率值达到最大；

步骤S200：记录锁定差分功率值：当硅光子外腔芯片的两个信号输出端功率值达到最大时，获取此时第一探测器组与第二探测器组所测量的功率值，分别将第一探测器组中的第一探测器和第三探测器、第一探测器组中的第二探测器和第四探测器、第二探测器组中的第一探测器组中的第一探测器和第三探测器、第二探测器组中的第二探测器和第四探测器检测到的功率值做差分处理，得到4个差分功率值dif1、dif2、dif3、dif4，并将4个差分功率值依次记录为四个锁定差分功率值；

步骤S300：控制器持续采集并实时获取第一探测器组与第二探测器组所测量的实时功率值并差分处理，得到4个实时差分功率值；

步骤S400：依次计算每个实时差分功率值与锁定差分功率值的差值并判断差值是否超过阈值，当4个差分功率值中任意一个探测器的实时差分功率值与锁定差分功率值的差值超过设定阈值时，则调整施加在相控区及微环滤波器上的电压值以进行补偿，直至所有差分功率值回归至锁定差分功率值。

进一步地，所述步骤S400具体包括：

步骤S410：依次计算每个实时差分功率值与锁定差分功率值的差值；

步骤S420：判断第一探测器组中的第一探测器和第三探测器的差分功率值dif1的差值变化是否超过阈值，若是，则执行步骤S460，若不是，则执行步骤S430；

步骤S430：判断第一探测器组中的第二探测器和第四探测器的差分功率值dif2的差值变化是否超过阈值，若是，则执行步骤S460，若不是，则执行步骤S440；

步骤S440：判断第二探测器组中的第一探测器和第三探测器的差分功率值dif3的差值变化是否超过阈值，若是，则执行步骤S460，若不是，则执行步骤S450；

步骤S450：判断第二探测器组中的第二探测器和第四探测器的差分功率值dif4的差值变化是否超过阈值，若是，则执行步骤S460，若不是，则执行步骤S300；

步骤S460：调整施加在相控区及微环滤波器上的电压值以进行补偿，直至所有差分功率值回归至锁定差分功率值。

本发明具有如下有益效果：

一、本发明将锁模装置集成在硅光子外腔芯片上，无需外购标准具，既提高了器件的集成度，又降低了成本；

二、本发明锁模装置的微环增强型MZI上包层采用TiO2，采用Si-TiO2波导，热光系数为负，实现绝热波导，同时TiO2兼容传统CMOS工艺，工艺简单；

三、锁模装置基于微环增强型MZI实现，首先利用微环增强型MZI的微环特性，显著提升输出线性度，大大提高了检测灵敏度；其次微环增强型MZI后面采用2x4MMI加四个探测器作为接收端，利用2x4MMI器件特性，可以得到一对正交的差分信号，保证无论信号经过MZI后产生多少的相位差，都能保证其位于线性区，大大提高了检测准确性；

四、锁模装置由两路微环增强型MZI构成，两路微环透射谱略有差异，使得一个环的透射谱的峰值或峰谷所在波长位置总是对应在另一个环的上升或下降沿上，确保至少一路信号的初始相位位于线性区；因此当腔模发生跳变时，至少有一路信号会出现明显变化，从而保证实时锁模。

附图说明

图1为本发明实施例中硅基外腔可调谐激光器的结构示意图；

图2为本发明实施例中Si-TiO2波导截面示意图；

图3为本发明实施例中锁模装置中第一微环和第二微环的透射谱错位示意图；

图 4 为本发明实施例中微环引起有效相移与单次环路相移的关系；

图 5为本发明实施例中硅基外腔可调谐激光器的锁模方法流程图；

附图说明：1、增益芯片；2、硅光子外腔芯片；3、边缘耦合器；4、第一直接耦合器；5、相控区；6、第一3dB分束器；7、微环滤波器；8、第二直接耦合器；9、第二3dB分束器；10、第一微环增强型MZI；1001、第一分束器；11、第一2x4MMI耦合器；12、第一探测器组； 13、第二微环增强型MZI；1301、第二分束器；14、第二2x4MMI耦合器；15、第二探测器组；16、控制器；17、TiO2上包层；18、SiO2下包层；19、Si芯层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参考图1，本发明为一种硅基外腔可调谐激光器，其包括：增益芯片1和硅光子外腔芯片2；硅光子外腔芯片2上依次有边缘耦合器3、第一直接耦合器4、相控区5、第一3dB分束器6、微环滤波器7、第二直接耦合器8、第二3dB分束器9、锁模装置和控制器16；

增益芯片1与硅光子外腔芯片2通过端面耦合，构成激光器，其中增益芯片1左右两端分别镀有高反膜和增透膜；

边缘耦合器3用于将增益芯片1与硅光子外腔芯片2的端面耦合，边缘耦合器3模斑尺寸需与增益芯片1相匹配，降低耦合损耗。

第一直接耦合器4，为2x2结构，与边缘耦合器3、相控区5以及硅光子外腔芯片2的两个信号输出端号OUT1和OUT2连接，2x2耦合器实现激光器两路信号OUT1和OUT2的输出；

相控区5，由硅波导及其上方加热电极构成，通过电极电热改变波导折射率，从而改变信号光的相位，通过相位调谐实现波长的精细控制；

第一3dB分束器6，用于连接相控区5和微环滤波器7；

微环滤波器7，由多个微环及其上方加热电极组成，基于游标效应，实现滤波；通过电极加电，改变微环波导的有效折射率，从而改变微环的谐振波长，进行波长调谐；

第二直接耦合器8，为1x2结构，输入端连接于第一直接耦合器4的输出端，输出端分别与信号输出端号OUT1和第二3dB分束器9连接，第二直接耦合器8进行分光，分光比设置为9:1，大部分信号光自信号输出端号OUT1输出，小部分信号光通过第二3dB分束器9进行分束，形成探测光进入锁模装置；

第二3dB分束器9为绝热结构，将第二直接耦合器8传输过来的小部分信号光分成两路，分别进入锁模装置的两路器件。

锁模装置包括微环增强型MZI、2x4MMI耦合器和探测器组；探测器组包括4个探测器； MZI为马赫-曾德尔干涉仪，MMI表示多模干涉。

参阅图2，整个微环增强型MZI通过Si-TiO2波导结构使得当前区域结构保持绝热；Si-TiO2波导结构包括；TiO2上包层17、SiO2下包层18和Si芯层19；上包层采用TiO2，其热光系数为负值，通过波导结构设计可以使得该区域结构保持绝热，即微环透射谱不会随温度改变而发生偏移。

锁模装置中，2x4MMI耦合器的两个输入端分别接收微环增强型MZI上下两臂传输过来的信号光，四个输出端分别接入4个探测器当中，进行信号检测；4个探测器均为PD探测器，依次为第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器；第一探测器和第三探测器信号相位差为π，第二探测器和第四探测器信号相位差为π，将上述两对探测器信号做差分处理后，两者差分信号相互正交，由此可以确保，无论信号经过MZI后的相位差是多少，总能检测到明显变化。

本实施例中，锁模装置分为两路；第一路包括：第一微环增强型MZI10、第一2x4MMI耦合器11和第一探测器组12；第二路包括：第二微环增强型MZI 13、第二2x4MMI耦合器14和第二探测器组15；其中，第一微环增强型MZI10包括第一分束器1001、第一对称型MZI结构以及与MZI结构一臂耦合的第一微环；第二微环增强型MZI 13包括第二分束器1301、第二对称型MZI结构以及与MZI结构一臂耦合的第二微环；

具体的，第一分束器1001和第二分束器1301均为3dB分束器；第一微环A和第二微环B的频率间隔为50GHz，但二者周长略有差异，即第一微环A和第二微环B透射谱错位状态，使得任意一个环的透射谱的峰值或峰谷所在波长位置总是对应在另一个环的上升或下降沿上。

锁模装置具体工作原理如下：

已知信号光沿着微环传输一次的单次相移，其中/>，为传播常数，为波长，L为微环周长，/>为波导有效折射率，可以如下表示：

(1)

其中，、/>、/>为信号光在对应区域中的能量占比，/>、、/>为信号光在对应区域中的折射率；而微环增强型MZI作为锁模装置，需要该部分波导为绝热波导，即/>，即：

其中，上包层材料采用TiO2，其热光系数为负，即<0，通过波导结构设计，即可实现绝热波导；

而由微环引入的有效相移表达式如下：

(2)

其中，为微环自耦和系数，/>，/>为损耗系数(/cm)；

因此当激光腔模发生变化时，信号光经过微环后的单次环路相移发生变化，进而微环增强型MZI中耦合微环的一臂产生的相移发生了变化。而根据表达式(2)可得，当/>在2kπ(k为整数)发生微小变化时，有效相移/>的变化却很剧烈，从而优化MZI输出曲线的线性度，增大消光比，提高检测灵敏度。为了避免初始单次相移/>落在非线性区，大大降低灵敏度，采用两个周长略有差异的微环分为两路探测，从而保证至少一路信号的初始单次相移是位于线性区的。输出端利用2x4MMI，将MZI上下两路信号进行混合后，再分为4路输出，分别检测。根据2x4MMI器件特性，输出端1号和3号端口、2号和4号端口，相位均相差π，两者分别做差分输出后，两个差分信号又正交，由此可以保证无论信号经过MZI后产生的多少的相位差，总有一路输出信号位于线性区。

硅光子外腔芯片2产生的探测光进入微环增强型MZI，微环增强型MZI后面采用2x4MMI和4个探测器作为接收端监控探测光从而获得正交差分功率值并反馈至控制器16；控制器16用于对锁模装置反馈的差分功率值调整施加在硅光子外腔芯片2上的电压值。具体的，相控区5及微环滤波器7与控制器16电性连接；控制器16通过调节施加在微环滤波器7的加热电极上的电压值以调整微环的谐振波长进而控制激光器的输出波长，同时通过调节施加在所述相控区5的加热电极上的电压值以调整信号光的相位进而控制实现波长的精细调节。

本发明中，增益芯片1左右两端分别镀有高反膜和增透膜，作为宽谱光源与硅光子外腔芯片2端面耦合；硅光子外腔芯片2作为激光谐振腔，基于游标效应，采用多个微环作为滤波器实现波长选择，利用硅材料的热光效应，通过加热电极，改变波导有效折射率，实现波长调谐。此外，硅光子外腔芯片2上还单片集成了硅基锁模装置，用于实现锁模功能，无需外置标准具；锁模装置由两个微环增强型MZI、两个2x4MMI及8个探测器构成，微环增强型MZI基于Si-TiO2波导，上包层采用TiO2，利用TiO2材料负热光系数的特性，实现绝热波导的设计，确保微环透射谱不受温度影响；微环A和B周长略有差异，使得透射谱有些许偏移，保证至少一路信号光位初始单次环路相移于线性区。输出端由2x4MMI和4个PD构成，可以得到一组正交的差分信号，确保无论MZI产生多少相位差，输出端都能检测到明显变化。

本发明激光器的工作过程如下：

给增益芯片1施加信号，使其自发辐射出宽谱信号光，通过边缘耦合器3进入硅光子外腔芯片2。信号光先后经过第一直接耦合器4、相控区5、第一3dB分束器6进入微环滤波器7，利用游标效应及硅基热光效应，通过给微环上方的加热电极加电，改变波导有效折射率，仅使得目标波长及其小范围内的信号能够通过微环的Drop端原路返回值增益芯片1当中，在通过高反膜反射回来，形成谐振。相控区5用于相位补偿，对微环滤波器7滤出的波长进行相位调整，使输出最大化，并进一步降低输出光线宽。谐振光在增益芯片1和硅光子外腔芯片2形成的激光腔中谐振时，会通过第一直接耦合器4分成OUT1和OUT2两路信号输出；其中OUT1路信号光，在经过第二直接耦合器8时，大部分信号光沿着OUT1输出，会有少量信号光进入第二3dB分束器9后，均分成两路，分别进入两个微环增强型MZI中，最后被两个探测器组检测，检测信号反馈到控制器16当中，进行数据处理，进入锁模阶段。

本发明还提供一种硅基外腔可调谐激光器的锁模方法，采用上述的硅基外腔可调谐激光器，锁模方法为：集成在硅光子外腔芯片2上的锁模装置监控探测光从而获得正交差分功率值并反馈至控制器16；控制器16依据所述锁模装置所反馈的差分功率值调整施加在所述硅光子外腔芯片2上的电压值。

参阅图5，锁模方法具体包括：

步骤S100：激光器初始化，控制器16为相控区5及微环滤波器7加电，使激光器输出指定波长光信号，并通过调整施加在相控区5与微环滤波器7上的电压值，使硅光子外腔芯片2外腔芯片的两个信号输出端功率值达到最大；

步骤S200：记录锁定差分功率值：当硅光子外腔芯片2的两个信号输出端功率值达到最大时，获取此时第一探测器组12与第二探测器组15所测量的功率值，分别将第一探测器组12中的第一探测器1201和第三探测器1203、第一探测器组12中的第二探测器1202和第四探测器1204、第二探测器组15中的第一探测器组12中的第一探测器1501和第三探测器1503、第二探测器组15中的第二探测器1502和第四探测器1504检测到的功率值做差分处理，得到4个差分功率值dif1、dif2、dif3、dif4，并将4个差分功率值依次记录为四个锁定差分功率值；

步骤S300：锁模装置实时测量监控光束的功率值并反馈至控制器16，即控制器16持续采集持续采集实时获取第一探测器组12与第二探测器组15所测量的实时功率值并差分处理，得到4个实时差分功率值；

步骤S400：依次计算每个实时差分功率值与锁定差分功率值的差值并判断差值是否超过阈值，当4个差分功率值中任意一个探测器的实时差分功率值与锁定差分功率值的差值超过设定阈值时，则调整施加在相控区5及微环滤波器7上的电压值以进行补偿，直至所有差分功率值回归至锁定差分功率值，具体包括：

步骤S410：依次计算每个实时差分功率值与锁定差分功率值的差值；因为锁模装置中两个微环的透射谱存在错位，且dif1和dif2、dif3和dif4相位相差90°，所以当腔模发生改变时，可以保证至少一组信号的变化是明显，即至少一个实时差分功率值与锁定差分功率值的差值会显著变化；

步骤S420：判断第一探测器组12中的第一探测器1201和第三探测器1203的差分功率值dif1的差值变化是否超过阈值，若是，则执行步骤S460，若不是，则执行步骤S430；

步骤S430：判断第一探测器组12中的第二探测器1202和第四探测器1204的差分功率值dif2的差值变化是否超过阈值，若是，则执行步骤S460，若不是，则执行步骤S440；

步骤S440：判断第二探测器组15中的第一探测器1501和第三探测器1503的差分功率值dif3的差值变化是否超过阈值，若是，则执行步骤S460，若不是，则执行步骤S450；

步骤S450：判断第二探测器组15中的第二探测器1502和第四探测器1504的差分功率值dif4的差值变化是否超过阈值，若是，则执行步骤S460，若不是，则执行步骤S300；

步骤S460：当4个差分功率值中任意一个探测器的实时功率值与锁定功率值的差值超过设定阈值时，调整施加在相控区5及微环滤波器7上的电压值以进行补偿，直至所有差分功率值回归至锁定差分功率值。

以步进爬山算法为例，当检测到4个差分信号中任意一个的实时差分功率值与锁定差分功率值的差值超过1mW时，以0.05V为步进，先对施加在微环滤波器7上的电压值进行快速爬山迭代，实时读取第一探测器组12和第二探测器组15的取样光功率，在控制器16中求得4个实时差分功率值，直到4个实时差分功率值与锁定差分功率值差值小于0.05mW；再对施加在相控区5上的电压进行快速扫描，以0-2V为扫描区间，0.01V为扫描步进，得到差分功率回归锁定值时的电压，并设置为相控区5的驱动电压，即完成一次锁模过程。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种硅基外腔可调谐激光器，其特征在于，包括：硅光子外腔芯片、控制器和集成在所述硅光子外腔芯片上的锁模装置；

所述锁模装置包括微环增强型MZI、2x4MMI耦合器和探测器组；

其中，微环增强型MZI上包层采用TiO2；

其中，硅光子外腔芯片产生的探测光进入微环增强型MZI，微环增强型MZI后面采用2x4MMI和探测器组作为接收端监控探测光从而获得正交差分功率值并反馈至控制器；

控制器，用于对锁模装置反馈的差分功率值调整施加在硅光子外腔芯片上的电压值。

2.根据权利要求1所述的硅基外腔可调谐激光器，其特征在于：所述整个微环增强型MZI通过Si-TiO2波导结构使得当前区域结构保持绝热；Si-TiO2波导结构包括；TiO2上包层、SiO2下包层和Si芯层。

3.根据权利要求1所述的硅基外腔可调谐激光器，其特征在于：锁模装置中，探测器组包括4个探测器，包括第一探测器、第二探测器、第三探测器和第四探测器；2x4MMI耦合器的两个输入端分别接收微环增强型MZI上下两臂传输过来的信号光，四个输出端分别接入4个探测器当中，进行信号检测；

第一探测器和第三探测器信号相位差为π，第二探测器和第四探测器信号相位差为π，将上述两对探测器信号做差分处理后，两者差分信号相互正交。

4.根据权利要求1所述的硅基外腔可调谐激光器，其特征在于：所述锁模装置分为两路；

第一路包括：第一微环增强型MZI、第一2x4MMI耦合器和第一探测器组；

第二路包括：第二微环增强型MZI、第二2x4MMI耦合器和第二探测器组；

其中，

第一微环增强型MZI包括第一分束器、第一对称型MZI结构以及与MZI结构一臂耦合的第一微环；

第二微环增强型MZI包括第二分束器、第二对称型MZI结构以及与MZI结构一臂耦合的第二微环；

第一微环和第二微环透射谱错位状态，使得任意一个环的透射谱的峰值或峰谷所在波长位置总是对应在另一个环的上升或下降沿上。

5.根据权利要求1所述的硅基外腔可调谐激光器，其特征在于：所述激光器还包括增益芯片，增益芯片与硅光子外腔芯片通过端面耦合，构成激光器；

硅光子外腔芯片还包括：边缘耦合器、第一直接耦合器、相控区、第一3dB分束器、微环滤波器、第二直接耦合器和第二3dB分束器；

边缘耦合器，用于将增益芯片与硅基外腔芯片的端面耦合；

第一直接耦合器，为2x2结构，与边缘耦合器、相控区以及硅基外腔芯片的两个信号输出端号OUT1和OUT2连接；

相控区，由硅波导及其上方加热电极构成，通过电极电热改变波导折射率，从而改变信号光的相位，通过相位调谐实现波长的控制；

第一3dB分束器，用于连接相控区和微环滤波器；

微环滤波器，由多个微环及其上方加热电极组成，通过电极加电，改变微环波导的有效折射率，从而改变微环的谐振波长，进行波长调谐；

第二直接耦合器，为1x2结构，输入端连接于第一直接耦合器的输出端，输出端分别与信号输出端号OUT1和第二3dB分束器连接，第二直接耦合器进行分光，大部分信号光自信号输出端号OUT1输出，小部分信号光通过第二3dB分束器进行分束，形成探测光进入锁模装置。

6.根据权利要求5所述的硅基外腔可调谐激光器，其特征在于：所述相控区及微环滤波器与控制器电性连接；

所述控制器通过调节施加在微环滤波器的加热电极上的电压值以调整微环的谐振波长进而控制激光器的输出波长，同时通过调节施加在所述相控区的加热电极上的电压值以调整信号光的相位进而实现波长的调节。

7.根据权利要求5所述的硅基外腔可调谐激光器，其特征在于：边缘耦合器模斑尺寸与增益芯片相匹配。

8.一种硅基外腔可调谐激光器的锁模方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的硅基外腔可调谐激光器，锁模方法包括：

集成在硅光子外腔芯片上的锁模装置监控探测光从而获得正交差分功率值并反馈至控制器；

控制器依据所述锁模装置所反馈的差分功率值调整施加在所述硅基外腔芯片上的电压值。

9.根据权利要求1所述的硅基外腔可调谐激光器的锁模方法，其特征在于：所述锁模方法具体包括：

步骤S100：激光器初始化，控制器通过调整施加在相控区与微环滤波器上的电压值，使硅光子外腔芯片外腔芯片的两个信号输出端功率值达到最大；

步骤S200：记录锁定差分功率值：当硅光子外腔芯片的两个信号输出端功率值达到最大时，获取此时第一探测器组与第二探测器组所测量的功率值，分别将第一探测器组中的第一探测器和第三探测器、第一探测器组中的第二探测器和第四探测器、第二探测器组中的第一探测器组中的第一探测器和第三探测器、第二探测器组中的第二探测器和第四探测器检测到的功率值做差分处理，得到4个差分功率值dif1、dif2、dif3、dif4，并将4个差分功率值依次记录为四个锁定差分功率值；

步骤S300：控制器持续采集并实时获取第一探测器组与第二探测器组所测量的实时功率值并差分处理，得到4个实时差分功率值；

步骤S400：依次计算每个实时差分功率值与锁定差分功率值的差值并判断差值是否超过阈值，当4个差分功率值中任意一个探测器的实时差分功率值与锁定差分功率值的差值超过设定阈值时，则调整施加在相控区及微环滤波器上的电压值以进行补偿，直至所有差分功率值回归至锁定差分功率值。

10.根据权利要求9所述的硅基外腔可调谐激光器的锁模方法，其特征在于：所述步骤S400具体包括：

步骤S410：依次计算每个实时差分功率值与锁定差分功率值的差值；

步骤S420：判断第一探测器组中的第一探测器和第三探测器的差分功率值dif1的差值变化是否超过阈值，若是，则执行步骤S460，若不是，则执行步骤S430；

步骤S430：判断第一探测器组中的第二探测器和第四探测器的差分功率值dif2的差值变化是否超过阈值，若是，则执行步骤S460，若不是，则执行步骤S440；

步骤S440：判断第二探测器组中的第一探测器和第三探测器的差分功率值dif3的差值变化是否超过阈值，若是，则执行步骤S460，若不是，则执行步骤S450；

步骤S450：判断第二探测器组中的第二探测器和第四探测器的差分功率值dif4的差值变化是否超过阈值，若是，则执行步骤S460，若不是，则执行步骤S300；

步骤S460：调整施加在相控区及微环滤波器上的电压值以进行补偿，直至所有差分功率值回归至锁定差分功率值。