專(zhuān)利名稱(chēng)：一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器， 該激光器是一種基于數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵的布拉格反射激光器。
背景技術(shù)：
隨著網(wǎng)絡(luò)容量的增加和傳輸速率的提高，需要為每個(gè)波長(zhǎng)信道配置一 個(gè)固定波長(zhǎng)的激光器，這將限制了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容和靈活性，而且增加了 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的成本，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)管理更加復(fù)雜化。固定波長(zhǎng)激光器除了在網(wǎng)絡(luò) 領(lǐng)域有局限性，在傳感系統(tǒng)、大氣通信和測(cè)量等領(lǐng)域中，同樣限制了系統(tǒng) 的靈敏度、響應(yīng)速度、擴(kuò)展性。和固定波長(zhǎng)激光器相比下，可調(diào)諧半導(dǎo)體 激光器能夠大大降低花在網(wǎng)絡(luò)中光源配備，備份和維護(hù)上的巨額費(fèi)用，提 高網(wǎng)絡(luò)的靈活性，擴(kuò)展性。并且在全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中可調(diào)諧半導(dǎo)體Sfc光器是實(shí)現(xiàn)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、全光交叉連接(OXC)、光分插復(fù)用(OADM)、光標(biāo) 記交換(OLS)等器件的核心。除了在光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，還可在大氣檢測(cè)、通 信和頻率調(diào)制的傳感系統(tǒng)中用做光源。一般來(lái)講， 一種可知的可調(diào)激光器通?？捎呻娏髯⑷敫淖冋凵渎?、熱 效應(yīng)改變溫度、改變拉伸(收縮)應(yīng)力、機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)等方式實(shí)現(xiàn)調(diào)諧。 美國(guó)L. A. Coldren等人在US-A-4896325公開(kāi)了在其增益段的前部和后部都是取樣光柵的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其包含有增 益段A、相位段B、和前、后布拉格反射段C和D。前布拉格反射段C和 后布拉格反射段D主要由能夠生成梳狀反射譜的取樣布拉格光柵構(gòu)成。取 樣布拉格光柵在一個(gè)取樣周期Zo內(nèi)的光柵結(jié)構(gòu)如圖2 (a)所示，其中光柵 段1的長(zhǎng)度為Zg。其反射譜如圖2 (b)具有Sine函數(shù)譜包絡(luò)的梳狀譜。前微小的差別，這樣^前、后布拉格反^段C和D的兩個(gè)梳狀反射譜之間存在游標(biāo)卡尺的效應(yīng)。通過(guò)電注入的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)連續(xù)寬波段調(diào)諧。因此，近年來(lái)用游標(biāo)卡尺原理實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧的技術(shù)已受到學(xué)術(shù) 界廣泛的關(guān)注，各種基于此波長(zhǎng)調(diào)諧技術(shù)的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器先后出現(xiàn)，例如日本NTT公司設(shè)計(jì)的超結(jié)構(gòu)光柵布拉格反射激光器(H.Ishii， H. Tanobe， F. Kano， et al. "Quasicontinuous wavelength tuning in super-structure-grating DBR lasers", J. Quantum. Electron.， 32(3)， pp. 433-441， 1996) ， I. A. Avrutsky等人設(shè)計(jì)的二進(jìn)制超強(qiáng)光柵布拉格反射激光器(I.A. Avrutsky, D. S. Ellis, A. Tager， et al， "Design of widely tunable semiconductor lasers抑d the concept of binary superimposed gratings", J. Quantum. Electron., 34(4)，pp.729-741， 1998)，英國(guó)的bookham設(shè)計(jì)的數(shù)字超模布拉格反射激光 器(A. J. Ward, D. J. Robbins, G Busico， et al, "Widely tunable DS-DBR laser with mono她ically integrated SOA: design and performance", Journal of Selected topics in quantum electronics, 11(1), pp. 149-156， 2005)。還有一種用 于波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中改進(jìn)式取樣光柵——間插取樣光纖光柵(美國(guó) 專(zhuān)利US-B1-6317539)。該專(zhuān)利中的間插取樣光纖光柵是將N個(gè)具有不同 布拉格波長(zhǎng)且占空比非常小的取樣光柵在光纖上交替間插，該間插取樣光 纖光柵的反射譜也是N個(gè)相同峰值間隔梳缺譜交替間插，讓整個(gè)反射譜的 信道數(shù)增加為原來(lái)單個(gè)取樣光纖光柵的N倍。這種間插光纖取樣光柵主要 是用于WDM系統(tǒng)中做色散補(bǔ)償，波分復(fù)用器和上下復(fù)用器等，但在2000 見(jiàn)到了相移間插式取樣光柵激光器的理論報(bào)道(M.Gioannini and I.Montrosset "Novel interleaved sampled grating mirrors for widely tunable DBR lasers", IEE proceeding, 148(1)， ppl3-18， 2001 )。上述的相移間插式取樣 光柵激光器的報(bào)道文獻(xiàn)不多，且由于制作的難度，僅限于理論的研究。美國(guó)L. A. Coldren等人制作的取樣光柵半導(dǎo)體激光器(SG-DBR)的取 樣光柵的反射譜是Sine函數(shù)包絡(luò)的形狀，導(dǎo)致在寬波段調(diào)諧時(shí)存在各信道 的輸出光功率不一致性，而且損耗過(guò)大，輸出光功率過(guò)小等問(wèn)題。日本制作的超結(jié)構(gòu)光柵半導(dǎo)體激光器(SSG-DBR)在波長(zhǎng)調(diào)諧的過(guò)程 中出現(xiàn)模式缺少現(xiàn)象(原本有模式激射的波長(zhǎng)沒(méi)有出現(xiàn)光激射)，輸出模式 不穩(wěn)定，而且輸出功率過(guò)小的問(wèn)題仍然沒(méi)有解決，仍然需要與半導(dǎo)體光放 大器集成從而獲得高的光輸出功率。I. A. Avrutsky等人設(shè)計(jì)的二進(jìn)制超強(qiáng)光柵布拉格反射激光器 (BSG-DBR)由于二進(jìn)制超強(qiáng)光柵制作難，目前還沒(méi)有制作出實(shí)際的產(chǎn)品。Bookham制作的數(shù)值超模布拉格反射激光器(DS-DBR)輸出功率仍然 很低需要通過(guò)半導(dǎo)體光放大器(SOA)來(lái)提高輸出功率。而且激光器中的 前端光柵是采用由多個(gè)分立的光柵段組成，每一段都是以某個(gè)單一波長(zhǎng)為 中心并具有寬波長(zhǎng)反射譜，需要多個(gè)接觸電極，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)使得波長(zhǎng)切 換時(shí)候響應(yīng)速度降低。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，它可以解決現(xiàn) 有激光器在調(diào)諧波段上輸出光功率值不一致和輸出光功率過(guò)低的問(wèn)題，并 能實(shí)現(xiàn)快速波長(zhǎng)切換。本實(shí)用新型提供的一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，包括前布拉格反射段和 后布拉格反射段、以及位于二者之間的增益段，每段均包括上波導(dǎo)層、有 源層和下波導(dǎo)層，有源層位于上波導(dǎo)層和下波導(dǎo)層之間；其特征在于在 每段上均制作有電極，前布拉格反射段的前端和后布拉格反射段的后端都 分別鍍有增透膜；前、后布拉格反射段具有形成在上波導(dǎo)層中的前、后布 拉格光柵；前布拉格光柵由若干個(gè)相同的第一數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段構(gòu)成，第一數(shù)宇級(jí) 聯(lián)光柵段的長(zhǎng)度為Z(n，它由N個(gè)不伺中心波長(zhǎng)的光柵子段構(gòu)成，N個(gè)光柵 子段的布拉格波長(zhǎng)呈現(xiàn)等差數(shù)列的排列；后布拉格光柵由若干個(gè)相同的第二數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段構(gòu)成，第二數(shù)字級(jí) 聯(lián)光柵段的長(zhǎng)度為Zo2,它由N個(gè)不同中心波長(zhǎng)的光柵子段構(gòu)成，所有光柵 子段的布拉格波長(zhǎng)呈現(xiàn)等差數(shù)列的排列。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1、本實(shí)用新型采用的布拉格光柵的梳狀反射譜的峰值均衡性很好，而
且這種布拉格光柵沒(méi)有像取樣光柵一樣的空白間隙區(qū)(不需要制作光柵的 區(qū)域)，這樣整個(gè)光柵設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度相對(duì)于取樣光柵要短。因而使得可調(diào)諧半 導(dǎo)體激光器在準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧范圍的每個(gè)波長(zhǎng)上的輸出功率值一致性很好并具 有高輸出光功率。2、 本實(shí)用新型的制作電極數(shù)要遠(yuǎn)小于數(shù)值超模布拉格反射激光器 (DS-DBR)的電極數(shù)目，在切換的時(shí)候不需要大量的電極切換電路，所以在波長(zhǎng)切換的過(guò)程中自然提高了切換速度。3、 本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)和制作，易于各種半導(dǎo)體器件集 成，實(shí)現(xiàn)各種不同的功能。4、 本實(shí)用新型利用的是游標(biāo)卡尺調(diào)諧原理，可使得可調(diào)諧半導(dǎo)體激光 器獲得寬的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧譜和窄的光譜線寬。


圖1是現(xiàn)有的四段式可調(diào)諧取樣光柵半導(dǎo)體激光器的橫截面示意圖； 圖2 (a)為圖1中布拉格反射段中一個(gè)周期內(nèi)的取樣光糖段的結(jié)構(gòu)示 意圖；圖2 (b)為圖1中布拉格反射段中取樣光柵的梳狀反射譜； 圖3為本實(shí)用新型的含有數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器(四段式) 的橫截面示意圖；圖4 (a)為本實(shí)用新型的布拉格反射段中數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段的第一個(gè)實(shí)施實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4 (b)為第一個(gè)實(shí)施實(shí)例中本實(shí)用新型的布拉格反射段的反射譜； 圖5 (a)為本實(shí)用新型的布拉格反射段中數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段的第二個(gè)實(shí)施實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5 (b)為第二個(gè)實(shí)施實(shí)例中本實(shí)用新型的布拉格反射段的反射譜； 圖6 (a)為本實(shí)用新型的布拉格反射段中數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段的第三個(gè)實(shí)施實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6 (b)為第三個(gè)實(shí)施實(shí)例中本實(shí)用新型的布拉格反射段的反射譜 圖7為本實(shí)用新型的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的前、后布拉格反射段的梳
狀反射譜。
具體實(shí)施方式
可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器要實(shí)現(xiàn)每個(gè)信道的高輸出功率、每個(gè)信道的輸出 光功率均衡、高的動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)切換速度等，就必須具有反射峰值均衡的梳狀 反射譜的短布拉格反射段。本實(shí)用新型針對(duì)上面這一點(diǎn)，對(duì)兩端布拉格反射段的光柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型的核心思想如果將具有不 同中心波長(zhǎng)的梳狀反射譜按照反射譜的峰值間距進(jìn)行等間距的級(jí)聯(lián)，這樣 就可以對(duì)峰值較低反射峰進(jìn)行補(bǔ)償來(lái)均衡反射峰值。這個(gè)思想反映到實(shí)空 間就是布拉格反射段波導(dǎo)層中的布拉格光柵是由若干個(gè)光柵段構(gòu)成，而 光柵段由N (N>3)個(gè)不同中心波長(zhǎng)的光柵子段級(jí)聯(lián)而成，所有光柵子段 的布拉格波長(zhǎng)呈現(xiàn)等差數(shù)列的排列，從而稱(chēng)這個(gè)光柵段為數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段。 假設(shè)整個(gè)布拉格反射段的等效布拉格中心波長(zhǎng)為A c，那么對(duì)應(yīng)該等效中心 波長(zhǎng)的光柵周期為Ae，有效折射率為neffc，則級(jí)聯(lián)的N個(gè)光柵子段與布拉 格反射段的等效中心波長(zhǎng)X e之間的關(guān)系可以表示為A 一 A = "W(,)A,- - "^人=MZ0其中'M-mx(Z + 士) /-0，±1，KK，±Y iV取偶數(shù) (1)' M = /wx/ / = 0，±1，KK ，±V W取奇數(shù)其中neflu)、 Ai分別為級(jí)聯(lián)的任意一個(gè)光柵子段的有效折射率和光柵周期。 X i為第i個(gè)子段的布拉格波長(zhǎng)。N是級(jí)聯(lián)的光柵子段的個(gè)數(shù)。當(dāng)N取為大 于2的偶數(shù)時(shí)，則有M=mX(i+l/2)，其中m是一個(gè)大于等于3小于等于N + 1的正整數(shù)，i是絕對(duì)值小于(N-2)/2的整數(shù)。當(dāng)N取大于等于3的奇數(shù)時(shí)， 則有M=mX(i)，其中m是一個(gè)大于等于3小于等于N+l的正整數(shù)，i是 絕對(duì)值小于(N-1)/2的整數(shù)。而且中心光柵與數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段的長(zhǎng)度Zo滿(mǎn)足 下面關(guān)系式Z0=W"cAe (2)， 其中nc為Zo/N段長(zhǎng)度內(nèi)中心光柵的周期數(shù)。
對(duì)用于光通信領(lǐng)域的一般m-v族可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，其激射的中心波長(zhǎng)可公認(rèn)為1550nm,那么中心波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)光柵的有效折射率也是確定的大 約為3.45。這兩個(gè)值確定了，且布拉格反射段的一個(gè)周期內(nèi)長(zhǎng)度給定，那級(jí)聯(lián)光柵段的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)就可有下面兩種情況精確的確定。只要制作本實(shí)用新型的材料產(chǎn)生離子束反轉(zhuǎn)的激射波段允許，本實(shí)用 新型的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器工作的中心波長(zhǎng)除了 1550nm外，還可工作于其 他的中心波長(zhǎng)上。為了實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足公式(1)和(2)所反應(yīng)的數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段，第一種情 況為令A(yù)i等于Ae時(shí)，公式(1)和(2)聯(lián)合確定了N個(gè)光柵子段的有效折 射率值<formula>formula see original document page 8</formula>(3),水第二種情況令ru則等于n流，公式(1)和(2)可以聯(lián)合，確定N^ 光柵子段的光柵周期為<formula>formula see original document page 8</formula>(4),由上面的(1) 一 (4)式，數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段中的每個(gè)光柵子段的光柵周期、有效折射率、長(zhǎng)度都可以確定。參照?qǐng)D3,它們顯示了本實(shí)用新型的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的橫截面示意 圖。與半導(dǎo)體激光器中的常規(guī)情況一樣，該激光器由一系列生長(zhǎng)層構(gòu)成， 包括上波導(dǎo)層2、有源層3和下波導(dǎo)層4，有源層3位于上波導(dǎo)層2和下波 導(dǎo)層4之間。如圖3所示，本實(shí)用新型的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器由四段構(gòu)^^,依次為 前布拉格反射段5、增益段6、相位段7和后布拉格反射段8，在每段上單 獨(dú)制作有電極ll、 12、 13和14。相位段7可以放在后布拉格反射段8和增 益段6之間，也可以放在前布拉格反射段5和增益段6之間。如果不霈要 準(zhǔn)連續(xù)的波長(zhǎng)調(diào)諧，也可以在可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器中不制作相位段7。前布
拉格反射段5的前端和后布拉格反射段8的后端都分別鍍有增透膜15、 16， 來(lái)保證獲得高輸出功率。前、后布拉格反射段5和8具有形成在上波導(dǎo)層2 中的前、后布拉格光柵9和10。前布拉格光柵9是由若干個(gè)相同的第一數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段17構(gòu)成，第一 數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段17的長(zhǎng)度為Zo,，它由N個(gè)不同中心波長(zhǎng)的光糖子段構(gòu)成， N個(gè)光柵子段的布拉格波長(zhǎng)呈現(xiàn)等差數(shù)列的排列，且級(jí)聯(lián)的N個(gè)光柵子段 與前布拉格光柵9的等效中心波長(zhǎng)之間的關(guān)系在表達(dá)式(1)中描述出來(lái)了，只是表達(dá)式(1)中的Zo-Z(n。后布拉格光柵10是由若千個(gè)相同的第二數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段18構(gòu)成。第 二數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段18的長(zhǎng)度為Zo2,它由N個(gè)不同中心波長(zhǎng)的光柵子段構(gòu) 成，所有光柵子段的布拉格波長(zhǎng)呈現(xiàn)等差數(shù)列的排列，且級(jí)聯(lián)的N個(gè)光柵 子段與前布拉格光柵10的等效中心波長(zhǎng)之間的關(guān)系在表達(dá)式(1)中描述 出來(lái)了，只是表達(dá)式(1)中的Zo-Zo2。第一、第二數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段17、 18的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)與現(xiàn)有的取樣光柵半導(dǎo) 體激光器中前、后取樣光柵的取樣周期的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)一致。第一、第二數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段17、 18的長(zhǎng)度Z(m和Zo2的取值之伺存在微 小的差距，其實(shí)施例的結(jié)果見(jiàn)表l，這樣的前、后布拉格反射段5和8會(huì)在 不同的波長(zhǎng)上產(chǎn)生均衡的梳狀反射峰，保證在一個(gè)寬波段內(nèi)每個(gè)反射峰的 峰值一致。前、后數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段17、 18具體結(jié)構(gòu)的實(shí)施實(shí)例將在下面的 圖4一圖6中詳細(xì)描述。如圖3所示，在本實(shí)用新型披露的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器中，增益段6 是一個(gè)寬帶上通過(guò)自發(fā)輻射和受激輻射來(lái)產(chǎn)生光的區(qū)域，該區(qū)域的工作機(jī) 理是通過(guò)電極將電流注入增益層，引起增益層內(nèi)的載流子(電子和空穴) 濃度增加，造成一定數(shù)目的載流子反轉(zhuǎn)，處于不穩(wěn)定狀態(tài)的電子和空穴對(duì) 相互復(fù)合產(chǎn)生自發(fā)輻射光和受激輻射光。相位段7是一個(gè)用來(lái)將光控制在 帶寬的中心頻率附近的區(qū)域，通過(guò)電流注入來(lái)改變光傳播的波導(dǎo)層中的折 射率，從而來(lái)微調(diào)^bt器內(nèi)諧振光的頻率。前、后布拉格反射段5、 8形成 了一個(gè)具有選頻功能的諧振腔，它的工作原理主要是前、后布拉格反射 段5、 8的反射譜為峰值均衡的梳狀譜，且兩個(gè)布拉格反射段的反射光譜峰
值間隔約為不同，通過(guò)游標(biāo)卡尺的對(duì)準(zhǔn)原理選擇激射光頻率，然后讓被選 中頻率的光在兩個(gè)布拉格反射器形成的諧振腔中諧振，當(dāng)光增益與整個(gè)腔內(nèi)的損耗達(dá)到平衡后，該頻率的光就從鍍膜端面15出射，通過(guò)改變兩個(gè)布 拉格反射段的有效折射率來(lái)移動(dòng)布拉格反射段的反射光譜，從而利用游標(biāo) 卡尺的原理實(shí)現(xiàn)可調(diào)的寬范圍選頻功能。本實(shí)用新型的相位段7和前、后布拉格反射段5、 6都容許電流注入來(lái)改變其材料的折射率值，從而調(diào)諧激光器的輸出波長(zhǎng)。也容許通過(guò)其他的 方式來(lái)改變本實(shí)用新型激光器的相位段7和前、后布拉格反射段5、 6的材 料折射率來(lái)調(diào)諧激光器的輸出波長(zhǎng)。本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)適用于半導(dǎo)體材料及摻有稀土材料的光纖及各種波導(dǎo)材料制造的激光器，尤其適用于ffl-v族半導(dǎo)體材料制造的激光器。本實(shí)用新型的前、后布拉格反射器內(nèi)的光柵可以采用納米壓印技術(shù)、 電子束或離子束自己寫(xiě)入技術(shù)、多角度全息曝光技術(shù)和高能飛秒激光器寫(xiě) 入等各種已有的成熟技術(shù)制作。本實(shí)用新型的激光器還可以與電吸收調(diào)制器，馬赫曾德 (Mach-Zehnder)調(diào)制器，光電探測(cè)器，半導(dǎo)體光放大器，等器件一起集成在相同的半導(dǎo)體襯底上，特別是m—v族材料構(gòu)成的襯底，以實(shí)現(xiàn)各種不同的功能。比如光標(biāo)記記憶，3R再生等等。按照第一種情況(即每個(gè)光柵子段的光柵周期相同)設(shè)計(jì)，當(dāng)級(jí)聯(lián)的光柵 子段個(gè)數(shù)N取為3時(shí)，第一、第二數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段17、 18的第一種結(jié)構(gòu)實(shí) 施實(shí)例如圖4 (a)所示，由第一前、中、后光柵子段19、 20、 21構(gòu)成，各 光柵子段的光柵周期相同，都為Ae。第一中光柵子段20的有效折射率是取 i=0時(shí)帶入(3)式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，第一前光柵子段19的有效折射率是i取為 -1時(shí)帶入(3)式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第一后光柵子段21的有效折射率是i取為 +1時(shí)帶入(3)式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于制作的精度問(wèn)題，可以容許第一前、中、 后光柵子段19、 20、 21的有效折射率的取值相對(duì)于(3)式給出的取值有 輕微的偏離，但偏離值不能超過(guò)0.04。從圖4 (b)所示的反射譜可知，其 明顯反射峰值比起圖2 (b)均衡，而且布拉格反射段相同長(zhǎng)度上其反射峰
值也比圖2 (b)的高。按照第二種情況(即每個(gè)光柵子段的有效折射率相等)設(shè)計(jì)，當(dāng)級(jí)聯(lián)光柵 子段的個(gè)數(shù)N取為3時(shí)，第一、第二數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段17、 18的第二種結(jié)構(gòu) 實(shí)施實(shí)例如圖5 (a)所示，由第二前、中、后光柵子段22、 23和24構(gòu)成， 各光柵子段22、 23、 24有相同的周期數(shù)iv,第二前光柵子段22的光槲周 期的值為i取為-1時(shí)候代入(4)式值，第二中光柵子段24的值為i為0時(shí) (4)式的取值，第二后光柵子段24的值為i為+1時(shí)代入(4)式值。由于 制作的精度問(wèn)題，可以容許第二前、中、后光柵子段22、 23、 24的光柵周 期取值相對(duì)于(4)式給出的取值有輕微的偏離，其偏離值要小于Ae/3。按照第二種情況設(shè)計(jì)，當(dāng)級(jí)聯(lián)光柵子段的個(gè)數(shù)N取為3時(shí)，圖6(a) 所示的結(jié)構(gòu)與圖5 (a)的結(jié)構(gòu)有很多相同之處。第一、第二數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵 段17、 18的第三種實(shí)施結(jié)構(gòu)實(shí)例如圖6 (a)所示，由第三前、中、后光柵 子段25、 26和27構(gòu)成，各光柵子段25、 26和27有不同的周期數(shù)；第三 前光柵子段25的光柵周期的值為i取為-l時(shí)候代入(4)式值，第三中光柵 子段26的值為i為0時(shí)(4)式的取值，第三后光柵子段27的值為i為+1 時(shí)代入(4)式值。在圖6 (a)中，光柵子段25、 26、 27有相同的長(zhǎng)度， 即Zg7-Z扭-Zg9。由于制作的精度問(wèn)題，可以容許第三前、中、后光柵子段 25、 26、 27的光柵周期取值相對(duì)于(4)式給出的取值有輕微的偏離，其偏 離值要小于Ac/3。圖5 (a)和圖6 (b)的這兩個(gè)實(shí)施實(shí)例的梳狀反射譜分別為圖5 (b)， 圖6 (b)。如圖5 (b)和圖6 (b)中所示，這兩種設(shè)計(jì)同樣ii^得峰值均 衡的梳狀反射譜。從圖5 (b)和圖6 (b)所示的反射譜可知，其明顯反射 峰值比起圖2 (b)要均衡很多，而且對(duì)于相同長(zhǎng)度的布拉格反^f段，由數(shù) 字級(jí)聯(lián)光柵組成的布拉格反射段的反射率比取樣光柵組成的布拉格反射段 的反射率要高很多。本實(shí)用新型的布拉格反射段中數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段可采用現(xiàn)有各種變跡、 相移和啁啾技術(shù)處理，從而獲得更好的峰值均衡的梳狀反射譜。而且本實(shí) 用新型的布拉格反射段中的數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵可以用于光通信中的其他器件和
系統(tǒng)中以實(shí)現(xiàn)其他的一些功能。圖7為本實(shí)用新型的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的前布拉格反射段(前光柵) 5和后布拉格反射段(后光柵)8的反射譜圖。從圖中可以觀測(cè)到，前布拉 格反射段5和后布拉格反射段8的反射譜的峰值間距有微小的不同，能夠 在兩個(gè)峰值均衡的梳狀反射譜之間呈現(xiàn)游標(biāo)卡尺的效應(yīng)。當(dāng)兩個(gè)梳狀反射 譜中間的0階峰值重合，那么其它幾階的峰值都出現(xiàn)游標(biāo)卡尺一樣的錯(cuò)位。 這樣在激光器中就只有0階縱模才會(huì)在激光器中起振，其他的諧振縱模的 能量都會(huì)被泄漏。通過(guò)多種方式改變光柵區(qū)的有效折射率，就可以移動(dòng)整 個(gè)梳狀反射譜，這樣使得前向和后向的反射峰在另一波長(zhǎng)處出現(xiàn)峰值重合, 這樣可達(dá)到寬波長(zhǎng)調(diào)諧。在激光器前、后布拉格反射段的設(shè)計(jì)中，后布拉 格反射段產(chǎn)生大約85%的峰值反射率，而前布拉格反射段具有能保持邊模 抑制比標(biāo)準(zhǔn)的最短長(zhǎng)度和反射率值，這樣前、后布拉格反射段5、 8的長(zhǎng)度 都比取樣光柵可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的前、后布拉格反射段短，且損耗小， 那么將前布拉格反射段的前端面作為激光器的激射端面，可以獲得高輸出 光功率。而且兩梳狀反射峰的峰值均衡，對(duì)于整個(gè)寬波長(zhǎng)調(diào)諧范圍內(nèi)，每 個(gè)信道激射所需的閾值電流值均衡，并且每個(gè)信道輸出的光功率均衡。在 圖8中所給的前、后布拉格反射段中布拉格光柵的設(shè)計(jì)參數(shù)可參見(jiàn)表1。 表1激光器前后布拉格光柵的設(shè)計(jì)參數(shù)表整個(gè)布拉格反數(shù)字級(jí)19MR段nc.級(jí)聯(lián)的三個(gè)娜光槲的調(diào)制射段的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度子段的她格波長(zhǎng)折射率值前布拉格 蹄段366.512拜Zoi=45.814nm8681527.2nrn: 1550nm; 1572.8nm8X103后布拉格 鄉(xiāng)段226.434拜Zo2=37.739nm6561522.3nms 1550nms 1577.7咖4X10-權(quán)利要求1、 一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，包括前布拉格反射段(5)和后布拉格反射 段(8)、以及位于二者之間的增益段(6),每段均包括上波導(dǎo)層(2)、有源層(3) 和下波導(dǎo)層(4),有源層(3)位于上波導(dǎo)層(2)和下波導(dǎo)層(4)之間；其特征在于 在每段上均制作有電極(ll、 12、 13、 14),前布拉格反射段(5)的前端和后布 拉格反射段(8)的后端都分別鍍有增透膜(15、 16);前、后布拉格反射段(5、 8)具有形成在上波導(dǎo)層(2)中的前、后布拉格光柵(9、 10);前布拉格光柵(9)由若干個(gè)相同的第一數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段(17)構(gòu)成，第一數(shù) 字級(jí)聯(lián)光柵段(17)的長(zhǎng)度為Zo,,它由N個(gè)不同中心波長(zhǎng)的光柵子段構(gòu)成， N個(gè)光柵子段的布拉格波長(zhǎng)呈現(xiàn)等差數(shù)列的排列；后布拉格光柵(10)由若干個(gè)相同的第二數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段(18購(gòu)成，第二 數(shù)字級(jí)聯(lián)光柵段(18)的長(zhǎng)度為Z⑩它由N個(gè)不同中心波長(zhǎng)的光柵子段構(gòu)成， 所有光柵子段的布拉格波長(zhǎng)呈現(xiàn)等差數(shù)列的排列。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述前 布拉格反射段(5)和增益段(6)之間設(shè)有相位段(7)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，其特征在于所述增 益段(6)和后布拉格反射段(8)之間設(shè)有相位段(7)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一利可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，增益段的兩端分別由兩個(gè)布拉格反射段限定邊界，前端和后端布拉格反射段都可設(shè)計(jì)為布拉格光柵，該光柵在形式上適用于生成峰值均衡的梳狀反射峰。激光器的兩個(gè)布拉格反射段還可以設(shè)計(jì)成布拉格光柵的各種變跡、相移和啁啾的形式。利用游標(biāo)卡尺的原理，改變激光器兩端布拉格反射段的折射率值，從而實(shí)現(xiàn)寬譜的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧。本實(shí)用新型的輸出光功率高，每個(gè)信道的光功率一致性好，動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)切換的速率高。
文檔編號(hào)H01S5/00GK201038595SQ20072008417
公開(kāi)日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
發(fā)明者何曉穎, 余永林, 黃德修 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)