外腔窄線寬激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種外腔窄線寬激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著互聯(lián)網(wǎng)通信的迅猛發(fā)展，人們對通信容量的需求急劇增加，單信道通信容量已經(jīng)開始向400Gbps邁進。為了提高通信速率和頻譜效率，需要采用新型調(diào)制格式和相干探測系統(tǒng)。而高階調(diào)制格式對發(fā)射源和本振源激光器的線寬和頻率穩(wěn)定性提出了更加嚴(yán)格的要求。激光器的線寬會影響信號的相位噪聲特性，頻率不穩(wěn)定會導(dǎo)致信號的頻率漂移，這兩者對接收機的靈敏度具有重要影響。400Gbps的相干通信系統(tǒng)對于激光器線寬的要求一般在100kHz以下，而目前光纖通信系統(tǒng)中常規(guī)部署的1.55μηι及1.3μηι波段的分布反饋半導(dǎo)體激光器的線寬一般在1?10MHz量級，無法滿足高階調(diào)制格式相干接收的要求。因此，實現(xiàn)低成本、可批量生產(chǎn)、頻率穩(wěn)定的窄線寬光源成為了下一代光纖通信系統(tǒng)需要迫切解決的問題。
[0003]目前，國內(nèi)外對窄線寬激光器的研究主要集中在光纖激光器，分布反饋半導(dǎo)體激光器，布拉格反射鏡激光器和外腔半導(dǎo)體激光器。其中，光纖激光器可以實現(xiàn)較窄的線寬及很高的輸出功率。但是，受限于體積、結(jié)構(gòu)和量產(chǎn)化方面的限制，在光發(fā)射機和接收機方面的應(yīng)用前景不大。對于分布反饋半導(dǎo)體激光器或布拉格反射鏡激光器，通過優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)，以及一些外部線寬壓縮手段，可以使線寬控制在千赫茲數(shù)量級，但與此同時，也增加了工藝和系統(tǒng)的復(fù)雜程度，難以大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。外腔半導(dǎo)體激光器以其波長精確控制，窄線寬，低功耗，低的頻率噪聲，工作穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單和便于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢，在通信領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，可應(yīng)用于高速相干通信系統(tǒng)的發(fā)射源和接收機本振源。
[0004]由于光纖光柵外腔半導(dǎo)體激光器對振動比較敏感，因此本發(fā)明采用波導(dǎo)光柵外腔半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，將大功率彎曲波導(dǎo)光放大器與平面外脊波導(dǎo)光柵鍵合在同一片硅襯底上，從而提高了激光器的穩(wěn)定性。該外腔半導(dǎo)體激光器具有低成本，窄線寬，高功率，低噪聲等特點，應(yīng)用于通信系統(tǒng)中，可大大提高系統(tǒng)的通信容量。另外，波長范圍在0.78?1.55μπι波段的窄線寬激光器在相干測距系統(tǒng)，相控陣?yán)走_系統(tǒng)，光纖傳感系統(tǒng)，氣體檢測及原子鐘方面均有潛在的應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于提供一種外腔窄線寬激光器，具有窄線寬，高功率，低噪聲及高的頻率穩(wěn)定性等特點，可應(yīng)用于高階調(diào)制格式及相干探測系統(tǒng)中，為下一代光纖通信系統(tǒng)提供發(fā)射源和本征源激光器。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:
[0007]—種外腔窄線寬激光器，包括:半導(dǎo)體光放大器102、平面波導(dǎo)光柵103和襯底101，其中:
[0008]所述半導(dǎo)體光放大器102和平面波導(dǎo)光柵103鍵合到所述襯底101上；
[0009]所述半導(dǎo)體光放大器102的一端鍍有高反射膜，另一端鍍有高透膜；
[0010]所述平面波導(dǎo)光柵103的兩側(cè)均鍍有高透膜；
[0011]所述半導(dǎo)體光放大器102鍍有高透膜一端的端面與所述平面波導(dǎo)光柵103的一側(cè)端面相耦合。
[0012]可選地，所述襯底101為圖形襯底，襯底101的制備材料為Si。
[0013]可選地，所述半導(dǎo)體光放大器102的波導(dǎo)為直波導(dǎo)與彎曲波導(dǎo)的組合體，直波導(dǎo)端面鍍有高反射膜，彎曲波導(dǎo)端面鍍有高透射膜。
[0014]可選地，所述平面波導(dǎo)光柵103為布拉格外脊波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)。
[0015]可選地，所述半導(dǎo)體光放大器包括:
[0016]η型襯底201，用于在其一側(cè)表面上制作外延層材料，所述η型襯底201的另一側(cè)表面上制作有η面電極212;
[0017]η型InP緩沖層202，制作在所述η型襯底201上；
[0018]下限制層203，制作在所述η型InP緩沖層202上；
[0019]有源層204，制作在所述下限制層203上；
[0020]上限制層205，制作在所述有源層204上；
[0021 ] p型包層206，制作在所述上限制層205上；
[0022]刻蝕停止層207，制作在所述p型包層206上；
[0023]氧化層208和P型包層209，均制作在所述停止層207上，且所述氧化層208包圍所述P型包層209;
[0024]歐姆接觸層210，制作在所述p型包層209上；
[°°25] p面電極211，制作在p型歐姆接觸層210上。
[0026]可選地，所述平面波導(dǎo)光柵103包括:
[0027]襯底401，用于在其表面上制作平面波導(dǎo)光柵103的外延層；
[0028]隔離氧化層402，制作在所述襯底401上；
[0029]波導(dǎo)層403，制作在所述隔離層402上；
[0030]光柵，刻在所述波導(dǎo)層403上。
[0031]可選地，所述的平面波導(dǎo)光柵103的襯底401的制備材料為Si;隔離氧化層402的制備材料為Si02;波導(dǎo)層403的制備材料為Si。
[0032]可選地，所述光柵為相移光柵。
[0033]可選地，所述波導(dǎo)層為脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
[0034]可選地，所述光柵為布拉格光柵，所述布拉格光柵刻蝕在脊型波導(dǎo)的外脊上。
[0035]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0036]1、本發(fā)明提供的外腔窄線寬激光器，采用半導(dǎo)體光放大器與平面波導(dǎo)光柵耦合，使輸出激光具有極窄的線寬。
[0037]2、本發(fā)明提供的外腔窄線寬激光器，其中的波導(dǎo)光柵，采用布拉格外脊波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)，降低了波導(dǎo)光柵的耦合系數(shù)和線寬，使輸出激光具有窄線寬的特點。
[0038]3、本發(fā)明提供的外腔窄線寬激光器，其中的波導(dǎo)光柵，可采用相移光柵，從而減少輸出激光的線寬。
[0039]4、本發(fā)明提供的外腔窄線寬激光器，其中光放大器采用高功率半導(dǎo)體光放大器，使輸出激光具有大功率的特點。
[0040]5、本發(fā)明提供的外腔窄線寬激光器，將光放大器與波導(dǎo)光柵鍵合在同一個圖形襯底上，降低了激光器對于振動等的敏感性，減小激光器的噪聲。
[0041]6、本發(fā)明提供的外腔窄線寬激光器，半導(dǎo)體光放大器的波導(dǎo)采用直波導(dǎo)與彎曲波導(dǎo)的組合體，降低腔面反射，增加輸出功率。
【附圖說明】
[0042]圖la是根據(jù)本發(fā)明一實施例的外腔窄線寬激光器的橫截面示意圖；
[0043]圖lb是根據(jù)本發(fā)明一實施例的外腔窄線寬激光器的俯視圖；
[0044]圖2a是根據(jù)本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體光放大器的橫截面示意圖；
[0045]圖2b是根據(jù)本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體光放大器的俯視圖；
[0046]圖3a是根據(jù)本發(fā)明一實施例的波導(dǎo)光柵的橫截面示意圖；
[0047]圖3b是根據(jù)本發(fā)明一實施例的波導(dǎo)光柵的俯視圖。
【具體實施方式】
[0048]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。
[0049]圖la是根據(jù)本發(fā)明一實施例的外腔窄線寬激光器的橫截面示意圖，如圖la所示，所述外腔窄線寬激光器包括:半導(dǎo)體光放大器102、平面波導(dǎo)光柵103和襯底101，其中:
[0050]所述半導(dǎo)體光放大器102和平面波導(dǎo)光柵103采用鍵合的方法鍵合到所述襯底101上，以降低激光器對振動的敏感性，增加激光器的穩(wěn)定性，減少激光器的噪聲；
[0051]所述半導(dǎo)體光放大器102的一端鍍有高反射膜，另一端鍍有高透膜；
[0052]所述平面波導(dǎo)光柵103的兩側(cè)均鍍有高透膜；
[0053]所述半導(dǎo)體光放大器102鍍有高透膜一端的端面與所述平面波導(dǎo)光柵103的一側(cè)端面相耦合。
[0054]在本發(fā)明一實施例中，所述襯底101采用Si材料，為圖形襯底，所述半導(dǎo)體光放大器102和平面波導(dǎo)光柵103的耦合高度通過襯底101的刻蝕深度來調(diào)節(jié)，從而增加器件之間的耦合效率。