基于疊印啁啾結(jié)構(gòu)的dfb半導(dǎo)體激光器及激光器陣列的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于疊印啁啾結(jié)構(gòu)的DFB半導(dǎo)體激光器，激光器腔內(nèi)的光柵采用疊印啁啾光柵結(jié)構(gòu)，由兩個完全相同納米精度的啁啾光柵在激光器腔內(nèi)縱向排列組成；兩個啁啾光柵級聯(lián)或者重疊寫入。兩個完全相同的啁啾光柵在激光器光柵層縱向疊印后，可以以這兩個光柵為反射面形成分布式諧振腔，從而產(chǎn)生多波長激射。為了降低加工成本，引入重構(gòu)-等效啁啾技術(shù)（REC技術(shù)），將加工精度要求從亞納米降低到亞微米，本發(fā)明還提供兩種DFB半導(dǎo)體激光器單片集成的激光器陣列。基于REC技術(shù)的疊印啁啾結(jié)構(gòu)的多波長DFB半導(dǎo)體激光器，采用采樣布拉格光柵替代普通布拉格光柵，用等效光柵來實(shí)現(xiàn)疊印啁啾結(jié)構(gòu)，降低了工藝的復(fù)雜程度，也提高了成品率。
【專利說明】基于疊印啁啾結(jié)構(gòu)的DFB半導(dǎo)體激光器及激光器陣列
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電子【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及光電子集成、波分多路復(fù)用、光電傳感以及其他光電通信處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于特殊光柵結(jié)構(gòu)制作多波長分布反饋(DFB)半導(dǎo)體激光器的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代光通信系統(tǒng)中，隨著容量的急速擴(kuò)充，對于器件的集成度要求越來越高，使得光電子集成芯片成為了發(fā)展的趨勢。由于體積小、便于陣列集成等優(yōu)勢，分布反饋(DFB)半導(dǎo)體激光器成為最重要的有源光通信器件之一 [I]?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)中報(bào)道的分布反饋(DFB)半導(dǎo)體激光器主要是單波長或者雙波長的[2-5]，多波長的單個DFB半導(dǎo)體激光器幾乎沒有被提出過。目前主要實(shí)現(xiàn)DFB半導(dǎo)體激光器多波長激射的方法是陣列集成[6-7]，即多個DFB半導(dǎo)體激光器進(jìn)行單片的陣列集成。這種方式實(shí)現(xiàn)的多波長激射需要多個電源對不同的單個激光器進(jìn)行供電，需要較復(fù)雜的外部電源電路，能耗較大。而本發(fā)明提出的基于疊印啁啾結(jié)構(gòu)的DFB半導(dǎo)體激光器可以使用單個激光器實(shí)現(xiàn)多波長激射，只用一個電源就可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)多個電源控制的半導(dǎo)體激光器陣列所實(shí)現(xiàn)的多波長激射，簡化了整個系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)能耗，更易于系統(tǒng)的集成化趨勢的發(fā)展。由于啁啾、疊印啁啾光柵的不同位置處的尺寸是亞納米量級的，對于加工精度要求很高，傳統(tǒng)方法只能用復(fù)雜、成本高和耗時的電子束曝光來加工。文獻(xiàn)[8]和專利“基于重構(gòu)-等效啁啾技術(shù)制備半導(dǎo)體激光器的方法及裝置”(CN200610038728.9，國際PCT專利，申請?zhí)朠CT/CN2007/000601)提出了利用重構(gòu)-等效啁啾(REC)技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的DFB半導(dǎo)體激光器。使用該技術(shù)，可以用一步全息曝光和一步普通亞微米量級的接觸式曝光來代替亞納米量級的電子束曝光，從而大大縮減了生產(chǎn)時間，大幅減低了生產(chǎn)成本。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)參見如下:
[0004][I]Duan P, Chen L,Zhang S，et al.All_optical2R regeneration based onself-1nduced polarization rotation in single semiconductor optical amplifier.(Chinese Sci Bull，2009) 54:3704—3708.[0005][2] S.Akibaj M.Usamij and K.Utakaj “ 1.5_ μ m λ/4-shifted InGaAsP/InP DFBlasers, ” J.Lightwave Techno 1., vol.5, n0.11，pp.1564 - 1573，Nov.1987.[0006][3]M.0kaij T.Tsuchiyaj K.Uomij N.Chinonej and T.Haradaj “Corrugation-pitchmodulated MQW-DFB lasers with narrow spectral Iinewidth，，，IEEE J.QuantumElectron.，vol.27，n0.6，pp.1767 - 1772，Jun.1991.[0007][4]C.-F.Linj M.-J.Chen, and B.-L Lee，^Wide-range tunable dualwavelengthsemiconductor laser using asymmetric dual quantum wells，，，IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.10，n0.9，pp.1208 - 1210，Sep.1998.[0008][5] Simin Li，Ruoming Li，lianyan Li, Ru i Liu，Liang Gao andXiangfei Chen, “Dual Wavelength Semi conductor Laser Based onReconstruction-Equivalent-Chirp Technique，，，IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.25，n0.3，pp.299 - 302，F(xiàn)eb.2013.[0009][6] T.-P.Lee，C.E.Zahj R.Bhatj W.C.Young, B.Pathakj F.Favirej P.S.D.Linj N.C.Andreadakisj C.Caneauj A.W.Rahjelj M.Kozaj J.K.Gamelinj L Curtis, D.D.Mahoney, andA.Lepore，“Multiwavelength DFB laser array transmitters for ONTC reconfigurableoptical network testbed, ” J.Lightw.Technol.，vol.14，n0.6，pp.967 - 976，Jun.1996.[0010][7]S.-W.Ryuj S.-B.Kimj J.-S.Sim, and J.Kimj “Monolithic integration ofa mulitiwavelength laser array associated with asymmetric sampled gratinglasers,，’ IEEE J.Sel.Topics Quantum Electron.，vol.8，n0.6，pp.1358 - 1365，Nov./Dec.2002.[0011][8] Y.Dai and X.Chen, “DFB semi conductor lasers based onreconstruction-equivalent-chirp technology,，’ Opt.Exp.，vol.15，n0.5，pp.2348 -2353，Mar.2007.
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于疊印啁啾結(jié)構(gòu)的DFB半導(dǎo)體激光器，以實(shí)現(xiàn)制造多波長激射的DFB半導(dǎo)體激光器，簡化了整個系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)能耗，更易于系統(tǒng)的集成化趨勢的發(fā)展；而且提出基于重構(gòu)-等效啁啾(REC)技術(shù)的疊印啁啾結(jié)構(gòu)，大大縮減了生產(chǎn)時間，大幅減低了生產(chǎn)成本。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0014]一種基于疊印啁啾結(jié)構(gòu)的DFB半導(dǎo)體激光器，該激光器腔內(nèi)的光柵采用疊印啁啾光柵結(jié)構(gòu)，由兩個完全相同納米精度的啁啾光柵在激光器腔內(nèi)縱向排列組成；所述兩個啁啾光柵級聯(lián)或者重疊寫入。設(shè)光柵反射波長:
[0015]λ = 2n A (z)
[0016]其中η為有效折射率，A (Z)為啁啾光柵的周期，可以是線性啁啾的，也可以是非線性啁嗽的。Λ (ζ)的啁嗽大小決定了啁嗽光棚的反射帶寬B,可表不為:
[0017]B= I 2n A (Zend) -2n A (Z0)
[0018]其中I.I表示絕對值，Zmd表示啁啾光柵的末端位置，Zci表示啁啾光柵的起始位
置，多波長激光器的自由光譜范圍:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種基于疊印啁啾結(jié)構(gòu)的DFB半導(dǎo)體激光器，其特征在于:該激光器腔內(nèi)的光柵采用疊印啁啾光柵結(jié)構(gòu)，由兩個完全相同納米精度的啁啾光柵在激光器腔內(nèi)縱向排列組成；所述兩個啁啾光柵級聯(lián)或者重疊寫入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于疊印啁啾結(jié)構(gòu)的DFB半導(dǎo)體激光器，其特征在于:當(dāng)所述兩個啁啾光柵重疊寫入時，對重疊部分折射率調(diào)制有兩種處理方式: (1)將屬于任一啁啾光柵調(diào)制部分的區(qū)域，均設(shè)置為調(diào)制部分，將同時不屬于兩個啁啾光柵調(diào)制部分的區(qū)域設(shè)置為非調(diào)制部分； (2)將兩個啁啾光柵公共調(diào)制部分的區(qū)域設(shè)置為非調(diào)制部分，將屬于任一啁啾光柵調(diào)制部分但不屬于公共調(diào)制部分的區(qū)域，設(shè)置為調(diào)制部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于疊印啁啾結(jié)構(gòu)的DFB半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述兩個啁啾光柵為線性啁啾光柵或非線性啁啾光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于疊印啁啾結(jié)構(gòu)的DFB半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述疊印啁啾光柵結(jié)構(gòu)由電子束曝光實(shí)現(xiàn)。
5.一種基于重構(gòu)-等效啁啾技術(shù)的疊印啁啾結(jié)構(gòu)DFB半導(dǎo)體激光器，其特征在于:該激光器腔內(nèi)的光柵米用米樣布拉格光柵結(jié)構(gòu)，所述米樣布拉格光柵結(jié)構(gòu)中含有對應(yīng)普通布拉格光柵的等效光柵；該激光器的激射波長在采樣布拉格光柵的等效光柵的作用帶寬內(nèi)；所述等效光柵由重構(gòu)-等效啁啾技術(shù)來設(shè)計(jì)和制作，在采樣布拉格光柵上實(shí)現(xiàn)等效啁啾光柵結(jié)構(gòu)； 該激光器腔內(nèi)的光柵由兩個所述采樣布拉格光柵縱向級聯(lián)或者重疊寫入形成疊印啁啾結(jié)構(gòu)，所述兩個采樣布拉格光柵為兩個完全相同亞微米精度的采樣啁啾光柵。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于重構(gòu)-等效啁啾技術(shù)的疊印啁啾結(jié)構(gòu)DFB半導(dǎo)體激光器，其特征在于:該激光器將所需要的-1級或+1級信道設(shè)置在激光器半導(dǎo)體材料的增益區(qū)內(nèi)，O級信道設(shè)置在增益區(qū)外。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于重構(gòu)-等效啁啾技術(shù)的疊印啁啾結(jié)構(gòu)DFB半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述兩個采樣啁啾光柵為線性啁啾光柵或非線性啁啾光柵；當(dāng)所述兩個采樣啁啾光柵重疊寫入時，對重疊部分折射率調(diào)制有兩種處理方式: (1)將屬于任一采樣啁啾光柵調(diào)制部分的區(qū)域，均設(shè)置為調(diào)制部分，將同時不屬于兩個采樣啁啾光柵調(diào)制部分的區(qū)域設(shè)置為非調(diào)制部分； (2)將兩個采樣啁啾光柵公共調(diào)制部分的區(qū)域設(shè)置為非調(diào)制部分，將屬于任一采樣啁啾光柵調(diào)制部分但不屬于公共調(diào)制部分的區(qū)域，設(shè)置為調(diào)制部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于重構(gòu)-等效啁啾技術(shù)的疊印啁啾結(jié)構(gòu)DFB半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述采樣布拉格光柵結(jié)構(gòu)的光刻采用一步全息曝光實(shí)現(xiàn)均勻種子光柵，然后采用一步傳統(tǒng)亞微米精度的接觸式曝光實(shí)現(xiàn)疊印啁啾采樣布拉格光柵結(jié)構(gòu)。
9.一種權(quán)利要求1-4所述基于疊印啁啾結(jié)構(gòu)的DFB半導(dǎo)體激光器組成的激光器陣列，其特征在于:該激光器陣列由所述基于疊印啁啾結(jié)構(gòu)的DFB半導(dǎo)體激光器單片集成而成。
10.一種權(quán)利要求5-8所述基于重構(gòu)-等效啁啾技術(shù)的疊印啁啾結(jié)構(gòu)DFB半導(dǎo)體激光器組成的激光器陣列，其特征在于:該激光器陣列由所述基于重構(gòu)-等效啁啾技術(shù)的疊印啁啾結(jié)構(gòu)DFB半導(dǎo)體激光器單片集成而成。
【文檔編號】H01S5/40GK103746288SQ201310717150
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】鄭吉林, 李瑋淳, 陳向飛 申請人:南京大學(xué)