電極可調(diào)雙波長(zhǎng)分布 反饋式半導(dǎo)體激光器。
[0030] 本發(fā)明的有益效果是：
[0031] 在本發(fā)明激光器的反饋區(qū)注入相同的電流密度，且在兩個(gè)相移區(qū)注入不同的電流 密度時(shí)，就能在激光器兩個(gè)相移區(qū)位置引入任意大小的真實(shí)相移或等效相移，或任意改變 激光器兩個(gè)相移區(qū)位置引入相移的大小，從而能來(lái)精細(xì)調(diào)節(jié)激光器兩個(gè)激射波長(zhǎng)的大小和 波長(zhǎng)間隔。
[0032] 另外，在激光器工作電流不變的情況下，調(diào)整激光器反饋區(qū)電極和兩個(gè)相移區(qū)電 極注入電流大小的比例，就能改變激光器兩個(gè)相移區(qū)位置引入相移的大小，從而能精細(xì)調(diào) 節(jié)激光器的兩個(gè)激射波長(zhǎng)大小和波長(zhǎng)間隔。由于工作電流相同，因而輸出的兩個(gè)波長(zhǎng)激光 的功率幾乎不發(fā)生變化。
[0033] 再者在雙相移分布反饋式半導(dǎo)體激光器中，如果引入兩個(gè)正負(fù)號(hào)相反但絕對(duì)值相 等的相移，且相移絕對(duì)值大小適當(dāng)在0.25 JT~JT之間時(shí)，激光器能獲得穩(wěn)定的雙波長(zhǎng)激 射。本發(fā)明在兩個(gè)相移區(qū)下方光柵中間位置，事先引入真實(shí)相移或等效相移的方法， 能在精細(xì)調(diào)節(jié)激光器的兩個(gè)激射波長(zhǎng)大小的同時(shí)，使得激光器更容易快速獲得穩(wěn)定的雙波 長(zhǎng)激射。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1是均勻光柵結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖2是雙周期調(diào)制（CPM)相移光柵結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖3是均勻取樣光柵結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖4是雙真實(shí)JT相移均勻光柵結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖5是雙等效31相移取樣光概結(jié)構(gòu)不意圖；
[0039] 圖6是本發(fā)明半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0041] 本發(fā)明可調(diào)雙波長(zhǎng)分布反饋式半導(dǎo)體激光器裝置，是基于改變反饋區(qū)和兩個(gè)相移 區(qū)電極注入電流大?。ɑ虮壤﹣?lái)控制引入的兩個(gè)相移大小，進(jìn)而精細(xì)調(diào)節(jié)兩個(gè)激射波長(zhǎng) 的分布反饋式半導(dǎo)體激光器的裝置。其基本原理如下：
[0042] 1、電流注入引起半導(dǎo)體激光器材料有效折射率的改變
[0043] 當(dāng)半導(dǎo)體激光器中注入電流時(shí)，由于能帶填充（Band Filling)、導(dǎo)帶和價(jià)帶間隙 的收縮（Bandgap Shrinkage)和自由載流子等離子效應(yīng)（Free Carrier Plasma Effect) 等的共同作用效果，激光器的有效折射率將減小。與此同時(shí)，電流注入引起的熱效應(yīng)也會(huì)導(dǎo) 致激光器有效折射率升高。以使用比較廣泛的多量子阱半導(dǎo)體激光器為例，其結(jié)構(gòu)材料常 見(jiàn)的有InP、InGaAsP或AlGaAsP等III- V族化合物，注入載流子（電子和空穴）濃度達(dá) 10lscm 3有良好散熱時(shí)，有效折射率減小能達(dá)到10 1量級(jí)大小。當(dāng)散熱不好時(shí)，電流熱效 應(yīng)會(huì)使激光器的實(shí)際工作溫度明顯升高，由電流熱效應(yīng)導(dǎo)致的有效折射率升高將占主導(dǎo)地 位，可以導(dǎo)致激光器有效折射率隨注入電流的升高而增大1(T 3量級(jí)大小。
[0044] 2、雙周期調(diào)制（CPM)相移光柵結(jié)構(gòu)激光器中相移的引入
[0045] 圖1和圖2分別是均勾光柵結(jié)構(gòu)和雙CPM相移光柵結(jié)構(gòu)中的光柵不意圖。在均勾 光柵結(jié)構(gòu)中，沿整個(gè)光柵縱向光柵周期A都是相同的。在雙CPM光柵結(jié)構(gòu)中，其三個(gè)反饋 區(qū)的光柵周期々，是相同的，第一相移區(qū)的光柵周期A 2和第二相移區(qū)的光柵周期A 3與A : 相近但不相同；假設(shè)沿整個(gè)激光器縱向的有效折射率rwf相同，這時(shí)在兩個(gè)CPM光柵區(qū)中引 入的相移大小可近似表達(dá)為：
[0048] 這里L(fēng)jP L 4分別為第一相移區(qū)和第二相移區(qū)的長(zhǎng)度。
[0049] 3、本發(fā)明可調(diào)雙波長(zhǎng)分布反饋式半導(dǎo)體激光器的原理
[0050] 圖6是本發(fā)明DFB半導(dǎo)體激光器的光柵和P電極分布示意圖。本發(fā)明沿著整個(gè)激 光器的光柵可以是圖1中光柵周期為A的均勻光柵，在沒(méi)有電流注入時(shí)，沿整個(gè)激光器的 有效折射率n rff相同。從左到右分別為第一反饋區(qū)、第一相移區(qū)、第二反饋區(qū)、第二相移區(qū) 和第三反饋區(qū)，長(zhǎng)度相同分別用L 5表示。三個(gè)反饋區(qū)的P電極用金絲連接在 一起形成反饋區(qū)P電極，兩個(gè)相移區(qū)的P電極各自用金絲引出形成第一相移區(qū)P電極和第 二相移區(qū)P電極，在反饋區(qū)P電極注入工作電流^時(shí)，三個(gè)反饋區(qū)中因注入電流密度相同， 因而有效折射率1" 1雖發(fā)生變化但始終相同。兩個(gè)相移區(qū)的P電極在注入工作電流I 2和 13時(shí)，第一相移區(qū)和第二相移區(qū)的有效折射率n rff2和n rff3也將發(fā)生變化。當(dāng)反饋區(qū)和兩個(gè) 相移區(qū)注入電流密度不同時(shí)，它們的有效折射率rWfdP n rff2、nrff3將會(huì)有細(xì)微的差別，此時(shí) 弓丨入的相移大小可近似表達(dá)表示為
[0057] 改變1丨和I2、13的大?。ɑ虮壤?，就能改變n咖和neff2、neff3的大小，因而就能 控制引入的兩個(gè)相移大小。在雙相移分布反饋式半導(dǎo)體激光器中，兩個(gè)相移分別對(duì)應(yīng)了兩 個(gè)不同的激射波長(zhǎng)。通過(guò)引入不同大小的兩個(gè)相移，就能在激光器禁帶寬度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)兩 個(gè)激射波長(zhǎng)的數(shù)值?？紤]到相移是以2 31為周期的函數(shù)，我們?yōu)榉奖惚磉_(dá)規(guī)定相移范圍為 [一JT，JT]，也就是說(shuō)其他相移值在下文中都是轉(zhuǎn)化到這個(gè)范圍的相移值來(lái)討論的。我們 通過(guò)理論的研究還表明，當(dāng)引入兩個(gè)絕對(duì)值在0.25 31~31范圍內(nèi)，絕對(duì)值相同但正負(fù)號(hào)相 反的相移時(shí)，激光器的兩個(gè)激射波長(zhǎng)有相同的增益，而且這兩個(gè)波長(zhǎng)的激光在諧振腔中有 分離的光功率分布輪廓，它們將在兩個(gè)相移位置各自形成自己最高的增益頂峰。不同波長(zhǎng) 激光在諧振腔中增益頂峰位置的錯(cuò)開(kāi)，有效地削弱了兩個(gè)波長(zhǎng)激光間的模式競(jìng)爭(zhēng)，因而能 形成穩(wěn)定的雙模激射。而且此時(shí)引入兩個(gè)相移的絕對(duì)值越接近JT，則兩個(gè)激射波長(zhǎng)的波長(zhǎng) 間隔（差）越小，因而它們產(chǎn)生拍頻信號(hào)的頻率越低。事實(shí)上，當(dāng)引入的兩個(gè)相移大小位置 越接近時(shí)，激光器產(chǎn)生的兩個(gè)波長(zhǎng)激光的波長(zhǎng)間隔（差）也是越小的，但是由于它們的增益 頂峰位置將趨近，因而模式競(jìng)爭(zhēng)會(huì)變得激烈。因而在本發(fā)明所述的激光器中，兩個(gè)相移區(qū) 必須保持有一定的間距，才能形成比較穩(wěn)定的雙波長(zhǎng)激射。
[0058] 本發(fā)明圖6中的光柵結(jié)構(gòu)，也可以是圖3中的均勻取樣光柵結(jié)構(gòu)。這里的P為取 樣周期，A。為種子光柵周期。一般情況下，使用取樣光柵時(shí)是利用了取樣光柵的±1級(jí)子 光柵之一作為選頻光柵的。圖3中取樣光柵的±1級(jí)子光柵的光柵周期可以表不為：
[0059]
(盡）
[0060] 使用均勻取樣光柵時(shí)引入相移的原理，與使用普通均勻光柵沒(méi)有什么本質(zhì)區(qū)別， 只不過(guò)是把式（3) -（5)中的光柵周期換成取樣光柵±1級(jí)子光柵的光柵周期A±1之一。 在下面的討論中，為方便起見(jiàn)，我們?nèi)匀挥肁來(lái)表示我們選用的選頻光柵的周期。
[0061] 本發(fā)明沿著整個(gè)激光器的光柵還可以是圖4中光柵周期為A，帶有兩個(gè)真實(shí)相移 的均勻光柵，也可以是圖5帶中有兩個(gè)等效相移的取樣光柵。使用取樣光柵與普通光柵相 比，最大好處是在引入等效相移時(shí)，對(duì)加工精度的要求可以降低一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因而加工 制造的難度和成本，比真實(shí)相移光柵要低很多。在下文的說(shuō)明中，我們把等效相移和真實(shí)相 移統(tǒng)稱為相移，把選頻用的普通光柵和取樣光柵，統(tǒng)稱為光柵。
[0062] 假設(shè)事先在本發(fā)明激光器中引入圖4和圖5相似的雙相移光柵，設(shè)第一相移區(qū)和 第二相移區(qū)事先引入的相移值分別為a JP a 2，那么式（6)和（7)就變成
[0065] 在前面引入沒(méi)有相移的普通均勻光柵或均勻取樣光柵時(shí)，根據(jù)式（6)和（7)可知， 在激光器反饋區(qū)和兩個(gè)相移區(qū)注入電流密度差必須達(dá)到一定的大小時(shí)，才能引入絕對(duì)值在 0.25JI~31范圍內(nèi)的相移，以得到穩(wěn)定的雙波長(zhǎng)激射。而用式（9)和（10)的方法，即使在 激光器反饋區(qū)和兩個(gè)相移區(qū)注入電流密度相同，激光器也能得到穩(wěn)定的雙波長(zhǎng)激射。此