一種可調(diào)諧波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種可調(diào)諧波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體激光器是光纖通信系統(tǒng)中的重要光源。它體積小，效率高，十分適合光纖通 信系統(tǒng)中使用。目前光纖通信系統(tǒng)普遍使用波分復(fù)用方式增加單根光纖的通信容量。每一 個(gè)通信信道占用一個(gè)半導(dǎo)體激光器，不同信道波長(zhǎng)不同。傳統(tǒng)的固定波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器每 種只能輸出一個(gè)波長(zhǎng)，因此在波分復(fù)用系統(tǒng)中，需要為每個(gè)不同的信道準(zhǔn)備不同的半導(dǎo)體 激光器，極大的增加了運(yùn)營(yíng)商的倉(cāng)儲(chǔ)壓力。因此在波分系統(tǒng)中急需波長(zhǎng)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光 器。一個(gè)波長(zhǎng)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器可以覆蓋部分或者全部通信信道，減小運(yùn)營(yíng)商備貨種類， 降低運(yùn)營(yíng)商倉(cāng)儲(chǔ)壓力及成本。同時(shí)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器還可以廣泛的應(yīng)用于波分復(fù)用系統(tǒng) 中各個(gè)光網(wǎng)絡(luò)功能單元內(nèi)，如光分叉復(fù)用器，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器等。因此可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器在光 通信系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用。隨著光通信系統(tǒng)的發(fā)展，光子集成器件得到越來越廣泛 的應(yīng)用，而可調(diào)諧激光器作為重要的光源單元，在光子集成器件中起著舉足輕重的作用。
[0003] 傳統(tǒng)的分布布拉格反射鏡（DBR)激光器，其反射鏡由一段連續(xù)的均勻光柵組成， 激射波長(zhǎng)僅由光柵周期與波導(dǎo)有效折射率決定。因此在波導(dǎo)有效折射率一定的情況下，要 大幅度改變DBR激光器的調(diào)諧范圍的起始波長(zhǎng)，需要更改波導(dǎo)光柵的光柵周期。在集成器 件，低成本的波導(dǎo)光柵一般由雙光束干涉曝光法刻寫，同一晶圓上的光柵周期相同，因此制 作的DBR可調(diào)諧激光器起始波長(zhǎng)也是固定的，這使得DBR激光器在光子集成器件中的應(yīng)用 受到限制，當(dāng)需要兩個(gè)起始波長(zhǎng)不同的DBR激光器同時(shí)存在于一個(gè)光子集成器件中時(shí)，就 需要在同一晶圓上更改不同DBR激光器的波導(dǎo)光柵的光柵周期，而要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)一般需要 使用電子束光刻等方法進(jìn)行加工。理論上電子束光刻可以在同一晶圓上刻寫任意周期的光 柵，可以靈活實(shí)現(xiàn)不同DBR激光器起始波長(zhǎng)的調(diào)整，但是這種方法成本高昂，產(chǎn)量低，并不 適應(yīng)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。亦或者可以增大激光器的調(diào)諧范圍，采用四段式的取樣光柵DBR激 光器，拓展可調(diào)諧激光器的調(diào)諧范圍，實(shí)現(xiàn)全部工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的調(diào)諧。但是四段式可調(diào)諧 取樣光柵激光器，原理復(fù)雜，控制電路十分繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種可調(diào)諧波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光 器。
[0005] 為達(dá)成上述目的，本發(fā)明應(yīng)用的技術(shù)方案是：提供一種可調(diào)諧波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器， 包括一段提供增益的半導(dǎo)體有源區(qū)、一段進(jìn)行相位調(diào)節(jié)的無源波導(dǎo)區(qū)以及一段含有取樣布 拉格光柵的無源波導(dǎo)光柵區(qū)，取樣布拉格光柵反射譜為梳狀反射譜，其中：有源區(qū)、波導(dǎo)區(qū) 以及光柵區(qū)依序縱向相連，各區(qū)分別具有電極，在有源區(qū)中，有一部分端面鍍有反射膜，同 時(shí)光柵區(qū)的端面鍍有低反射膜，其中有源區(qū)電極用于有源區(qū)電流注入，相位區(qū)電極及光柵 區(qū)電極用于對(duì)波導(dǎo)進(jìn)行電流注入或者通過加熱的方式改變相位區(qū)波導(dǎo)及光柵區(qū)波導(dǎo)的折 射率。
[0006] 在本實(shí)施例中優(yōu)選，有源區(qū)、波導(dǎo)區(qū)以及光柵區(qū)之間的連接為直接耦合連接，或者 為通過透鏡通過空間光路連接。
[0007] 在本實(shí)施例中優(yōu)選，取樣布拉格光柵包括布拉格中心波長(zhǎng)，有源區(qū)包括增益峰，布 拉格中心波長(zhǎng)遠(yuǎn)離有源區(qū)增益峰，布拉格中心波長(zhǎng)在增益峰短波方向，或者在增益峰長(zhǎng)波 長(zhǎng)方向。
[0008] 在本實(shí)施例中優(yōu)選，布拉格中心波長(zhǎng)與有源區(qū)增益峰相差大于50nm，以此避免激 光器在布拉格中心波長(zhǎng)處激射。
[0009] 在本實(shí)施例中優(yōu)選，取樣布拉格光柵的取樣周期為P，通過取樣布拉格光柵形成 梳狀反射譜，其中+1或-1級(jí)反射峰處于有源區(qū)增益帶寬內(nèi)，取樣布拉格光柵+1級(jí)反射峰 或-1級(jí)反射峰與布拉格中心波長(zhǎng)的間距由取樣周期P決定。
[0010] 在本實(shí)施例中優(yōu)選，有源區(qū)包含增益介質(zhì)的半導(dǎo)體材料，其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是脊型結(jié)構(gòu)， 或者是條形結(jié)構(gòu)。
[0011] 在本實(shí)施例中優(yōu)選，波導(dǎo)區(qū)以及光柵區(qū)與有源區(qū)采用同一半導(dǎo)體材料體系單片集 成，或者與有源區(qū)采用不同的半導(dǎo)體材料體系混合集成。
[0012] 在本實(shí)施例中優(yōu)選，組成光柵區(qū)與波導(dǎo)區(qū)采用的材料是三五族半導(dǎo)體材料，或者 是硅材料、二氧化硅材料、氮化硅材料及聚合物材料。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益的效果是：具備起始波長(zhǎng)低成本靈活調(diào)整的能力， 可以用于復(fù)雜光子集成器件的制作，降低光子集成器件的制作難度與成本，同時(shí)產(chǎn)品成本 低廉、適應(yīng)面廣及調(diào)整靈活。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
[0015] 圖2為取樣光柵結(jié)構(gòu)原理圖。
[0016] 圖3為取樣光柵反射譜示意圖。
[0017] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的增益譜與取樣布拉格光柵反射鏡的反射譜之間的關(guān)系圖。
[0018] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的有源區(qū)增益譜及取樣布拉格反射鏡反射譜之間的關(guān)系圖。
[0020] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例的取樣布拉格光柵梳狀反射譜峰值間隔與取樣周期的關(guān)系 圖。
[0021] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例的激射譜模擬圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。下面詳細(xì)描述本發(fā)明的 實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類 似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅 用于解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，而不應(yīng)當(dāng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0023] 在本發(fā)明的描述中，術(shù)語"內(nèi)"、"外"、"縱向"、"橫向"、"上"、"下"、"頂"、"底"等指 示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是 要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不應(yīng)當(dāng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0024] 請(qǐng)參閱圖1并結(jié)合參閱圖4所示，傳統(tǒng)的可調(diào)諧DBR半導(dǎo)體激光器中，分布布拉格 反射鏡一段由均勾光柵構(gòu)成。而在本發(fā)明中，請(qǐng)參閱圖1，均勾光柵被替換成一段取樣光柵 30。取樣光柵30是在普通的均勻光柵（即基礎(chǔ)光柵）上對(duì)部分光柵進(jìn)行周期性的調(diào)制，調(diào) 制周期為P。通常調(diào)制方式為強(qiáng)度調(diào)制（即周期性的抹除一部分光柵），其結(jié)構(gòu)如圖2。經(jīng) 過取樣以后的光柵反射譜受到取樣圖形的調(diào)制，呈現(xiàn)為梳狀（如圖3)。梳狀反射峰的間隔 由調(diào)制的取樣周期P決定。反射峰間隔與取樣周期P的關(guān)系為：
[0026] 其中rwfg為波導(dǎo)的群折射率，λ。為取樣前均勻光柵的布拉格反射峰，通常取樣光 柵中，取樣周期為微米量級(jí)，該量級(jí)的圖形可以通過普通光刻方便容易的實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明正是 利用了取樣光柵的這一性質(zhì)，用以實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧激光器起始波長(zhǎng)的調(diào)整。通過普通光刻可以 靈活的修改取樣光柵梳狀反射譜的反射峰間隔。當(dāng)〇級(jí)反射峰相同時(shí)，+1級(jí)或者-1級(jí)反 射峰位置就可以隨著取樣周期Ρ靈活調(diào)整。
[0027] 在半導(dǎo)體激光器中，激射波長(zhǎng)位于閾值增益最低的腔模處。閾值增益受激光器增 益介質(zhì)增益及腔內(nèi)損耗及鏡面損耗共同控制。關(guān)系如下：
[0028] gth(A) =Ε(λ) +α?η(λ) +αη,(λ)
[0029] 其中，gU)為有源區(qū)的增益譜，αιη(λ)為腔內(nèi)損耗譜，'(λ)為鏡面