非對稱相移和切趾取樣光柵及dfb激光器的制造方法【
技術領域：
】[0001]本發(fā)明屬于光電子
技術領域：
，涉及光子集成，光通信以及其他很多光電信息處理。尤其涉及一種基于重構-等效啁啾技術的非對稱相移和切趾取樣光柵及DFB半導體激光器。【
背景技術：
】[0002]進入二十一世紀以來，通信事業(yè)呈現(xiàn)出了蓬勃式的發(fā)展，尤其是最近這些年，隨著人們對于網(wǎng)絡課程，文獻下載，網(wǎng)上電視等的需求越來越大，對于通信帶寬的要求也越來越高，而承載這個巨大網(wǎng)絡通訊的就是由光纖和各種光通訊器件組成的光纖網(wǎng)絡系統(tǒng)。目前，光網(wǎng)絡主要還是由很多光子器件分立組成。光子器件之間使用獨立的材料，獨立的制作工藝，獨立的封裝完成。但是隨著光信息容量的進一步提高，光子集成將變成必然的發(fā)展趨勢，因為器件之間的分立有很多諸如體積龐大，能耗巨大，管理成本過高等自身無法克服的巨大難題。而在光子集成中受到最廣泛研究的是分布反饋式(DFB)半導體激光器。其中，高功率、單縱模、窄線寬的DFB半導體激光器是現(xiàn)在光纖通信技術的核心光源。但是，DFB激光器陣列芯片在光子集成領域的的應用還受到波長控制精度、單模成品率、高制造成本等多方面因素的困擾(Koch,T.L.andKoren,U."SemiconductorPhotonicIntegratedCircuits,〃(半導體光子集成線路)IEEEJ.QuantumElect.27(3),641-653(1991).)。通過在激光器光柵層引入PI相移，并且在激光器的兩端鍍抗放射膜(AR/AR)，提高了DFB半導體激光器的單模成品率(1.0rfanos,T.Sphicopoulos,A.Tsigopoulos,andC.Caroubalos,"Atractableabove-thresholdmodel,forthedesignofDFBandphase-shiftedDFBlasers,〃(一種應用于相移DFB激光器設計的大于閾值的理論模型)IEEEJ.QuantumElect.，27(4)，946-956，(1991).)。同時，由于PI相移帶來的光場分布在腔內(nèi)不均勻，中間部位的光子過于集中帶來了此處載流子的大量消耗，從而容易出現(xiàn)空間燒孔效應?？臻g燒孔效應會改變激光器諧振腔的光反饋的強度和相位，引起材料增益譜的起伏變化，引起邊模激射，降低DFB半導體激光器的單縱模特性，線寬也因此難以變得更窄。[0003]專利“基于重構-等效啁啾技術制備半導體激光器的方法及裝置”(CN200610038728.9，國際PCT專利，申請?zhí)?PCT/CN2007/000601)提出了一種設計DFB半導體激光器的新的技術，通過重構-等效啁啾技術，將光柵的納米相移結構提高到微米級別，避免了利用電子束曝光技術(E-Beamlithography)制作DFB半導體激光器所帶來的成本昂貴，效率低，制作時間長等問題。對于“重構-等效啁啾技術”可以追溯到2002年馮佳、陳向飛等人的專利“用于補償色散和偏振模色散的具有新取樣結構的布拉格光柵”(CN02103383.8，授權公告號:CN1201513)中提出的為實現(xiàn)所需要的等效光柵的周期啁啾，在取樣布拉格光柵的取樣周期中引入取樣周期啁啾。更重要的是，該技術使用的工藝與當前的電子集成印刷技術可以實現(xiàn)非常完美的兼容。通過全息制作均勻的種子光柵，再在此基礎上，利用重構-等效啁啾技術設計的取樣光刻版進行光刻取樣，從而可以實現(xiàn)低成本的規(guī)?；a(chǎn)。文獻(JingsiLi，Huanffang,XiangfeiChen,ZuoweiYin，YuechunShi,YangqingLu，YitangDaiandHongliangZhu,Experimentaldemonstrat1nofdistributedfeedbacksemiconductorlasersbasedonreconstruct1nequivalentchirptechnology(基于重構-等效啁啾技術的DFB半導體激光器的實驗驗證)OpticsExpress,2009，17(7):5240-5245.)是該技術制作的等效PI相移DFB半導體激光器的實驗驗證。[0004]此外，為了實現(xiàn)在栗浦功率不變的情況下，盡可能獲得比較高的有效輸出光功率，提高電注入效率，降低功耗，提出了很多具有復雜結構的DFB激光器，常見的DFB半導體激光器中引入不對稱結構如:非對稱相移和非對稱耦合系數(shù)等(S.Jong-1n,K.Komori,S.Arai,1.Arima,Y.Suematsu,andR.Somchai,〃Lasingcharacteristicsof1.5umGaInAsP-1nPSCH-BIG-DRlasers,"(1.5微米GaInAsP-1nPSCH-BIG-DR激光器的特性)IEEEJ.QuantumElectron.，27(6)，1736-1745，(1991).)，申請的專利有:(I)專利“基于重構-等效啁啾技術的非對稱相移布拉格光柵及其激光器”(申請?zhí)?201310484338.4)中提出了相移位于腔長的60%?80%區(qū)域；(2)PI相移左右兩段的光柵耦合系數(shù)不等，通過改變光柵結構的占空比來實現(xiàn)，專利“基于重構-等效啁啾和等效半邊切趾的DFB半導體激光器及制備方法”(申請?zhí)?201410214717.6)提出通過改變半邊取樣光柵的占空比實現(xiàn)出光功率提高。[0005]盡管通過改變?nèi)庸鈻沤Y構的占空比可以等效實現(xiàn)對于光柵結構的切趾效應，但是當占空比很低的時候，光柵線寬會由微米精度降低到納米精度，增加了工藝制造的難度，這樣利用重構-等效啁啾技術將無法制作得到需要的切趾效應；而且通過改變占空比實現(xiàn)的切趾效應無法對相移區(qū)切趾，激光器腔內(nèi)的光場分布盡管會有一定程度的降低，但在相移區(qū)依然存在一個尖峰。為了解決上面提到的困難，本發(fā)明提出了通過改變光柵的齒深來實現(xiàn)對于光柵的切趾。通過多次光刻和干法刻蝕工藝的重復實現(xiàn)光柵結構中切趾段的光柵齒深的逐漸變化是“重構-等效啁啾”技術的另外一大優(yōu)勢。專利“兩次及多次曝光采樣布拉格光柵及制作方法”(申請?zhí)?200810234184.2)提出了兩次及多次曝光采樣布拉格光柵的制作方法。通過改變光柵的有效齒深，實現(xiàn)對于光柵結構的相移處的切趾，減弱空間燒孔效應，在大電流注入時，不會出現(xiàn)邊模抑制比降低的情況。本發(fā)明提出的基于重構-等效啁啾技術的非對稱相移和光柵齒深變化實現(xiàn)切趾的取樣光柵及其DFB激光器，即基于重構-等效啁啾技術的等效相移區(qū)位于腔長的55%?75%區(qū)域之間，靠近激光器輸出端，可以發(fā)現(xiàn)DFB半導體激光器腔內(nèi)的光場分布如圖3所示，出光端光功率明顯提高，但是相移區(qū)附近的光場分布依然很強，大功率注入時依然很有可能發(fā)生空間燒孔效應，通過多次光刻和干法刻蝕改變等效相移區(qū)兩側(cè)的光柵齒深，使之逐漸變化，達到需要的切趾效應，從而減弱空間燒孔效應，對于制備高功率、高單模成品率的DFB半導體激光器將有很大的意義?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0006]鑒于上面提出的相移可能引起的大電流注入下帶來的空間燒孔效應，傳統(tǒng)DFB半導體激光器非對稱相移制造復雜等問題，本發(fā)明提出基于重構-等效啁啾的非對稱相移和切趾取樣光柵及其DFB激光器，即基于重構-等效啁啾技術的等效相移區(qū)位于激光器腔的長度的55%-75%區(qū)域，偏向激光器的輸出端，并且在等效相移區(qū)的兩側(cè)通過多次光刻和干法刻蝕工藝的重復進行引入對稱的齒深逐漸變化的光柵結構，有效減弱空間燒孔效應。本發(fā)明提出的是一種制備高功率、高單模成品率的DFB激光器的新工藝。[0007]本發(fā)明的技術方案是:一種基于重構-等效啁啾的非對稱相移和切趾取樣光柵，所述光柵結構是以全息干涉，雙光束干涉或者納米壓印制作的均勻光柵為種子光柵，再通過lift-off工藝制作以金屬鎳為掩膜的均勻種子光柵，再通過重構-等效啁啾技術得到對應于普通布拉格光柵的以金屬鎳為掩膜的等效光柵，等效光柵中的非對稱相移通過等效相移設計而引入，等效相移區(qū)的位置位于半導體激光器腔的長度的55%-75%區(qū)域范圍內(nèi)，切趾是通過先在襯底上制作金屬鎳為掩膜的取樣光柵結構，再經(jīng)過多次光刻和干法刻蝕工藝的進行在等效相移區(qū)的左右兩側(cè)引入左右對稱的齒深逐步變化的光柵結構，實現(xiàn)對于相移區(qū)的左右兩側(cè)相同程度的切趾。[0008]所述光柵是基于重構-等效啁啾技術設計的取樣布拉格光柵，取樣布拉格光柵中的相移通過等效相移實現(xiàn)，相移的非對稱是通過將取樣光柵中的等效相移區(qū)放置在激光器半導體腔的長度的55%?75%位置區(qū)域范圍之內(nèi)，偏向激光器的輸出端來實現(xiàn)的，等效相移區(qū)左側(cè)的長度(Lleft)與半導體激光器的腔長(L)之比(Lleft:L)在[0.55，0.75]范圍內(nèi)；等效相移區(qū)右側(cè)的長度(Lright)小于等效相移區(qū)左側(cè)的長度(Lleft)。[0009]進一步的，所述非對稱相移和和光柵齒深逐步變化實當前第1頁1 2 3