半導體dbr激光器的制造方法
【專利說明】半導體DBR激光器
[0001] 本發(fā)明設及配置用于單縱腔模上的發(fā)射激光操作的半導體分布式布拉格反射激 光器，且更具體地設及但不限于，寬波長可調諧分布式布拉格反射激光器。
[000引背景
[0003]配置為在激光器腔的單縱模上發(fā)射激光的半導體激光器是已知的，其發(fā)射激光模 式和其波長由具有窄反射峰的分布式布拉格反射值BR)光柵選擇。該種單縱模激光器具有 至少25地的邊模抑制比（SMSR)。
[0004]配置為在固定的波長下操作或在窄波長范圍內可調諧的DBR激光器通常包括被 限定在寬帶反射器（例如寬帶小平面反射器）和DBR區(qū)之間的激光器腔，且在激光器腔中 具有光學增益區(qū)和通常具有相位控制區(qū)。電驅動增益區(qū)W使通過受激發(fā)射來發(fā)射光。DBR 區(qū)具有單個固定柵距的光柵，該光柵被配置為反射具有單個窄反射峰的反射譜的光，該反 射峰具有僅等于激光器的很少量的縱腔模（例如小于模間距的五倍，或優(yōu)選地小于模間距 的S倍）的半峰全寬（化11-wi化hathalfmaximum),該提供高的模式選擇性和相應的高 SMSR。相位控制區(qū)具有可調諧折射率，在使用中用其對激光器的光共振腔的光程長度進行 精細調節(jié)，W控制激光器腔模的細梳相對于DBR區(qū)的反射譜的窄反射峰的相對對準（即在 特定腔模式的主要范圍中控制頻譜操作位置），W便選擇優(yōu)選發(fā)射激光模式并優(yōu)化其與反 射峰的對準，W減少多余邊模的相對強度。該種激光器的波長調諧范圍被DBR區(qū)中可能引 起的最大折射率變化所限制，該改變光柵在操作波長處的有效柵距。反射峰的譜寬隨著DBR 區(qū)的有效穿透長度的增加而變窄，因此對于單縱腔模操作，該種DBR激光器具有冗長的DBR 區(qū)。
[0005] 寬波長可調諧DBR激光器被配置為調諧成W相比于只通過調諧具有單個固定柵 距的DBR的折射率的可能的波長范圍在更寬的波長范圍內發(fā)射激光，且其通常使用兩個不 同的、獨立可調諧的DBR區(qū)。相應地，該種激光器通常比固定波長或窄波長可調諧的DBR激 光器具有更長的激光器腔，所W具有關于其操作參數(shù)的更高靈敏度，尤其在關于穩(wěn)定發(fā)射 激光模式的控制，W防止模跳躍（在不同縱腔模上的發(fā)射激光之間跳躍）方面。
[0006] -種此類型的寬波長可調諧DBR激光器具有形成于兩個DBR區(qū)之間的激光器腔， 兩個DBR區(qū)產生間距不同的梳狀反射峰的反射譜，間距不同的梳狀反射峰可在游標型調諧 裝置（Verniertypeof化ningarrangement)中在光譜上相對于彼此進行調諧，其中在兩 個梳狀反射峰共有的波長處發(fā)生激光發(fā)射（如US6345135的附圖8所示的具有一對游標型 可調諧相變光柵的DBR激光器）。相比于其他DBR區(qū)的反射峰，激光器輸出端處的DBR區(qū)通 常具有在頻譜上更寬的反射峰。
[0007] 第二種此類型的寬波長可調諧DBR激光器具有形成于第一DBR區(qū)和第二DBR區(qū)之 間的激光器腔，其中第一DBR區(qū)產生窄梳狀反射峰，第二DBR區(qū)在未調諧狀態(tài)中具有寬的頻 譜反射系數(shù)帶（例如相對均勻的平穩(wěn)段），但在反射譜的該部分中波長是可調諧的W與其 他部分重疊，從而產生比第二DBR區(qū)的窄反射峰寬幾倍、但比連續(xù)窄峰的頻譜間隔窄的加 強的反射峰（即，F(xiàn)WHM)。該加強峰從第一梳狀反射譜中選擇一個窄峰，激光器將W此發(fā)射 激光。該種激光器被描述于US7145923中。
[0008] 隨著反射峰的譜寬變窄，且相應的DBR區(qū)的長度增長，在兩種情況下，負責產生窄 反射峰的DBR區(qū)長于產生較寬的反射峰的DBR區(qū)。
[000引DBR區(qū)將反射和發(fā)送符合其反射譜的光。然而，不希望的是，DBR區(qū)還將吸收入射 至其中的一些光。為最小化在光離開激光器腔時的吸收損耗，W及最大化來自激光器腔的 光功率輸出，具有窄反射峰的長DBR區(qū)通常為激光器腔的后部反射器（即遠離在前部反射 器的主波束輸出的激光器腔的相反的端部）。
[0010] 使用中，除了由驅動各自區(qū)的電流在DBR激光器區(qū)中產生的熱量之外，還在DBR區(qū) 中通過光吸收產生熱量。當熱量從激光器的光波導耗散且通常被熱禪合到半導體巧片的熱 電致冷器（巧耳帖（Peltier)致冷器）吸收時，耗散率不足W避免在DBR區(qū)產生熱梯度，該 將影響激光器的光學性能。在DBR區(qū)中，局部水平的光吸收引起的熱量對應于光的局部強 度，所述強度在整個DBR區(qū)中遠離光學增益區(qū)近似W指數(shù)方式衰減。
[0011] 半導體光波導的有效折射率根據溫度變化。使用中，在DBR區(qū)中的不均勻的光吸 收引起波導中的相應的不均勻加熱，從而引起光柵的有效柵距的相應變化。此外，來自其他 區(qū)的熱串擾，尤其是來自增益區(qū)的熱串擾可在DBR區(qū)中引起進一步的不均勻加熱。例如，該 種光吸收和熱串擾可將離增益區(qū)最近的DBR區(qū)的端部的溫度提高5°C，并將離增益區(qū)最遠 的DBR區(qū)的端部的溫度提高rc，盡管離增益區(qū)最近處加熱效應最大，但是在接近增益區(qū)時 加熱效應也增大得最迅速。DBR區(qū)中的熱不均勻性引起有效光柵柵距的不均勻性，因而光柵 的反射波長可W大約0.lnm/°C調諧，且光柵的有效調嗽在離增益區(qū)最近的DBR區(qū)的端部最 大（例如，沿著離增益區(qū)最近的DBR區(qū)部分大約為3Xl(T4nm/ym)。有效光柵柵距的該種 有效不均勻性加大DBR區(qū)的反射峰的寬度，降低激光器在特定操作條件下（高增益區(qū)電流 和/或高增益區(qū)調諧電流）的光學性能。不均勻的熱致調嗽效應在具有一個或多個窄反射 峰，且較長W提供較高反射率的DBR區(qū)中特別顯著。
[0012] 在具有一個或多個窄反射峰的反射譜的DBR區(qū)中的不均勻的熱致調嗽降低了邊 模抑制比（SMSR)。
[001引 公開內容
[0014] 根據第一方面，提供了配置用于單縱模操作的半導體分布式布拉格反射激光器， 其具有光波導，所述光波導包括；光學增益區(qū)；第一反射器，所述第一反射器為第一分布式 布拉特反射器值BR)區(qū)，其包括配置為產生具有一個或多個第一反射峰的反射譜的光柵； 化及第二反射器，其中第一DBR區(qū)被配置為補償使用中沿著DBR區(qū)的長度不均勻地引入的 熱調嗽。
[0015] 根據第二方面，提供了包括根據第一方面的激光器的光發(fā)射機模塊。
[0016] 有利地，該種第一DBR區(qū)可補償由光吸收和/或來自另一區(qū)的熱串擾引起的不均 勻加熱，產生了在使用中實質上沒有有效調嗽或相對于先前的DBR區(qū)有效調嗽降低的第一 DBR區(qū)。此外，該種單縱模激光器可具有增大的邊模抑制比（SMSR)。然而，進一步地，該種 激光器可具有較短的DBR區(qū)，而不會降低相應DBR區(qū)的光學性能。優(yōu)選地，補償沿著DBR區(qū) 的長度單調且連續(xù)地變化。
[0017] 激光器可被配置為使在操作波長處或整個操作波長的范圍內的第一反射峰的半 峰全寬比縱模間距的五倍窄。激光器可被配置為使在操作波長處或整個操作波長范圍內的 第一反射峰的半峰全寬比縱模間距的=倍窄。
[0018] 第一DBR區(qū)的光柵可具有內置有效調嗽。
[0019] 內置有效調嗽沿著第一DBR區(qū)可小于0. 5%，優(yōu)選地小于0. 3%，更優(yōu)選地小于 0. 2%或小于0. 1%。
[0020] 內置有效調嗽可W是沿著第一DBR區(qū)遠離增益區(qū)的長度的指數(shù)增長函數(shù)。內置有 效調嗽可W是沿著第一DBR區(qū)遠離增益區(qū)的長度的線性增長函數(shù)。內置有效調嗽可W是沿 著第一DBR區(qū)遠離增益區(qū)的長度的復合增長函數(shù)，所述復合增長函數(shù)至少包括鄰近增益區(qū) 的、具有第一線性增長函數(shù)的第一部分和具有較低的第二線性增長函數(shù)或者無內置有效調 嗽的第二部分。相應地，連續(xù)遞減的內置有效調嗽的一個或多個線性部分可接近于理想的 (如指數(shù)的）增長函數(shù)。
[002。 第一DBR區(qū)的光柵可具有固定柵距。內置有效調嗽可通過改變沿著第一DBR區(qū)的 長度的波導特性來提供。
[0022] 第一DBR區(qū)可包括具有含調嗽實際柵距的光柵的光波導。實際光柵柵距沿著第一 DBR區(qū)的長度的變化可小于0. 5 %，優(yōu)選地小于0. 3 %，更優(yōu)選地小于0. 2 %或小于0. 1 %。
[0023] 第一DBR區(qū)可具有隨遠離最接近增益區(qū)的第一DBR區(qū)的端部而增加的波導寬度。 該波導可W是脊形波導（例如，弱導脊形波導，其中脊未被蝕刻穿過光導層）。在波導由脊 形波導定義的情況中，脊形波導脊形底部的寬度可沿著第一DBR區(qū)的長度增加高達50%， 且優(yōu)選地在10%和30%之間。波導寬度的變化可引起光波導的有效折射率（相位指數(shù)） 沿著第一DBR區(qū)的小于0. 5 %的變化，優(yōu)選地小于0. 3 %，且更優(yōu)選地小于0. 2 %。注意到， 增大脊形波導的寬度W接近相等的比例增大相折射率（phasere化activeindex)和減小 群折射率。
[0024] 波導寬度可沿著第一DBR區(qū)的長度實質上W指數(shù)增長函數(shù)（例如，沿著DBR區(qū)的 長度具有0. 05%到0. 1 %的內置有效調嗽）增加。
[00巧]波導寬度可沿著第一DBR區(qū)的長度線性增加（例如，沿著DBR區(qū)的長度具有0. 1% 到0.2%的內置有效調嗽）。
[0026] 第一DBR區(qū)可包括彎曲的光波導，且所述光柵可具有平行的光柵刻線。有利的是， 該種第一DBR區(qū)可減少其上形成激光器的半導體巧片的長度，其中在鄰近巧片邊緣處提供 彎曲的波導W減少來自小平面（facet)的向后反射（例如，在基于InP的半導體材料的情 況中，從垂直線被彎曲大約7°W接觸小平面）。
[0027] 第一DBR區(qū)可包括配置為沿著所述第一DBR區(qū)的長度不均勻地加熱或冷卻第一 DBR區(qū)的溫度控制元件。
[0028] 溫度控制元件可W是沿著第一DBR區(qū)中的光波導設置或設置在該光波導旁邊的 遞變（tapered)電阻加熱元件。該電阻加熱元件可W被配置成向遠離增益區(qū)的第一DBR區(qū) 中的波導提供比接近增益區(qū)的波導更多的熱量。每單位長度的熱耗散率可遠離增益區(qū)根據 指數(shù)增長函數(shù)、線性地增長、或根據指數(shù)增長函數(shù)的近似增長。
[0029] 光波導可包括脊形光波導。
[0030] 第二反射器可包括寬帶反射器。
[0031] 激光器可包括配置為產生具有至少一個第二反射峰的第二反射譜的第二DBR區(qū)， 且第一反射峰或每個第一反射峰可比第二反射峰或每個第二反射峰具有更窄的半峰全寬。
[0032] 激光器可包括相位控制區(qū)