專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體激光器中的熱補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體激光器，具體涉及使用微加熱器來(lái)補(bǔ)償半導(dǎo)體 激光器中的模式跳變和波長(zhǎng)漂移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般涉及可按照各種方式配置的半導(dǎo)體激光器。例如且為了說(shuō) 明而非限制地，通過(guò)將諸如分布式反饋(DFB)激光器或分布式布拉格反 射鏡(DBR)激光器之類(lèi)的單波長(zhǎng)激光器與諸如二次諧波發(fā)生(SHG)晶 體之類(lèi)的光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置組合可將短波長(zhǎng)源配置成用于高速調(diào)制。通過(guò)將 例如1060 nm的DBR或DFB激光器調(diào)諧至SHG晶體的光譜中心，這將波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換成530 nm，可將SHG晶體配置成產(chǎn)生基波激光信號(hào)的較高次諧波。 然而，諸如MgO摻雜的周期性極化鈮酸鋰(PPLN)之類(lèi)的SHG晶體的波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率強(qiáng)烈依賴(lài)于激光二極管與SHG裝置之間的波長(zhǎng)匹配。如熟悉激 光器設(shè)計(jì)的技術(shù)人員所能理解地，DFB激光器是利用刻蝕到半導(dǎo)體材料中 的格柵或類(lèi)似結(jié)構(gòu)作為反射介質(zhì)的諧振腔激光器。DBR激光器是其中刻蝕 光柵與半導(dǎo)體激光器的電子泵浦區(qū)物理分離的激光器。SHG晶體利用非線
性晶體的二次諧波發(fā)生性質(zhì)來(lái)使激光輻射的頻率翻倍。
對(duì)典型的PPLN SHG裝置來(lái)說(shuō)，PPLN SHG裝置所允許的波長(zhǎng)寬度非 常小，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換帶寬的半最大值全帶寬(FWHM)僅為0.16nm，換算成溫 度變化為約2.7 。C 。 一旦輸入波長(zhǎng)偏離SHG的特征相位匹配波長(zhǎng)，目標(biāo)波長(zhǎng)處的輸出功率就急劇降低。本發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到多個(gè)工作參數(shù)不利地影 響這些類(lèi)型的激光器裝置中的波長(zhǎng)匹配。例如，當(dāng)增益區(qū)上的驅(qū)動(dòng)電流變
化時(shí)，DBR激光器的波長(zhǎng)改變。此外，工作溫度變化對(duì)SHG波長(zhǎng)和激光器 波長(zhǎng)的相位匹配具有不同影響。因此，難以制造激光二極管和SHG晶體完 美波長(zhǎng)匹配的封裝。
已知在利用二次諧波發(fā)生開(kāi)發(fā)激光源時(shí)有與波長(zhǎng)匹配和穩(wěn)定相關(guān)聯(lián)的 挑戰(zhàn)，本發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到能有效調(diào)諧以通過(guò)與SHG晶體和其它波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝 置正確的波長(zhǎng)匹配實(shí)現(xiàn)最優(yōu)輸出功率的半導(dǎo)體激光器的潛在優(yōu)點(diǎn)。例如， 本發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到，如果在工作期間將半導(dǎo)體的波長(zhǎng)保持在穩(wěn)定值，則可 高速調(diào)制短波長(zhǎng)裝置而沒(méi)有過(guò)多噪聲，同時(shí)保持無(wú)波動(dòng)二次諧波輸出功率。 對(duì)于視頻應(yīng)用，通常需要將光功率(例如綠光)調(diào)制成10到100 MHz的基 頻和約40 dB的消光比。高調(diào)制速度和大開(kāi)/關(guān)比的這個(gè)組合仍是一個(gè)要克 服的挑戰(zhàn)性任務(wù)。本發(fā)明涉及用于利用集成在半導(dǎo)體激光器中的單片微加 熱器調(diào)制半導(dǎo)體激光器和波長(zhǎng)使之匹配波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的方法。本發(fā)明一般還 涉及激光源的波長(zhǎng)匹配和穩(wěn)定，而與是否調(diào)制激光器或在激光源中是否采 用二次諧波發(fā)生無(wú)關(guān)。
可以理解，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的以下詳細(xì)描述旨在提供用于理解所要求 保護(hù)的本發(fā)明的本質(zhì)和特性的概觀或框架。所包括的附圖用于提供對(duì)本發(fā) 明的進(jìn)一步理解，且被結(jié)合到本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成其一部分。附圖示出本發(fā) 明的各個(gè)實(shí)施例，并與本描述一起用于說(shuō)明本發(fā)明的原理和操作。
附圖簡(jiǎn)述
以下本發(fā)明的具體實(shí)施例的詳細(xì)描述可在結(jié)合以下附圖閱讀時(shí)得到最
佳的理解，附圖中相同的結(jié)構(gòu)用相同的附圖標(biāo)記指示，且其中


圖1A是根據(jù)本發(fā)明的光耦合到光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置且包括微加熱元件結(jié)
構(gòu)的DFB或相似類(lèi)型的半導(dǎo)體激光器的示意圖1B是根據(jù)本發(fā)明的光耦合到光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置且包括微加熱元件結(jié)
構(gòu)的DBR或相似類(lèi)型的半導(dǎo)體激光器的示意圖2A示出在沒(méi)有利用根據(jù)本發(fā)明的熱補(bǔ)償?shù)那闆r下DBR半導(dǎo)體激光器中的溫度上升；
圖2B示出當(dāng)以常規(guī)方式驅(qū)動(dòng)DBR半導(dǎo)體激光器的增益區(qū)時(shí)激射波長(zhǎng) 隨時(shí)間的變化；
圖3A示出在沒(méi)有利用根據(jù)本發(fā)明的熱補(bǔ)償?shù)那闆r下DFB半導(dǎo)體激光 器中的溫度上升；
圖3B示出在常規(guī)驅(qū)動(dòng)的DFB半導(dǎo)體激光器中，熱誘導(dǎo)圖案化效應(yīng) (thermally-induced patterning effect)使激光波長(zhǎng)隨時(shí)間漂移的方式；
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)合微加熱元件結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器 的截面示意圖5是根據(jù)本發(fā)明的包括驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)和微加熱元件結(jié)構(gòu)的電極層的 俯視示意圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的結(jié)合微加熱元件結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器 的示意圖7和8是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的補(bǔ)償半導(dǎo)體激光器中熱誘導(dǎo) 圖案化效應(yīng)的方法的時(shí)序圖9示出當(dāng)半導(dǎo)體激光器中加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH減小而激光驅(qū)動(dòng)電流
lD增大時(shí)結(jié)溫的超調(diào)；以及
圖10和11是示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的補(bǔ)償半導(dǎo)體激光器中熱 誘導(dǎo)圖案化效應(yīng)的方法的時(shí)序圖。
詳細(xì)描述
圖1A和IB分別是光耦合到光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置80的DFB和DBR半導(dǎo) 體激光器的示意圖。半導(dǎo)體激光器IO所發(fā)射的光束可以直接耦合到波長(zhǎng)轉(zhuǎn) 換裝置80的波導(dǎo)中，或通過(guò)校準(zhǔn)和聚焦光學(xué)裝置或某些合適類(lèi)型的光學(xué)元 件或光學(xué)系統(tǒng)耦合。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置80將入射光轉(zhuǎn)換成高次諧波并輸出經(jīng)轉(zhuǎn) 換的信號(hào)。
如熟悉DFB激光器設(shè)計(jì)的技術(shù)人員所能理解地，圖1A中示意性示出 的DFB半導(dǎo)體激光器10包括一般沿激光器10內(nèi)所結(jié)合的脊波導(dǎo)40的方 向延伸的分布式反饋光柵。在激光器裝置中結(jié)合在圖1A中未示出但在下文中參考圖4-6討論的驅(qū)動(dòng)電極以產(chǎn)生激光器10工作所必需的電偏壓V偏壓。 在下文中也將進(jìn)一步具體描述的加熱元件條62、 64在激光器10的脊波導(dǎo) 相對(duì)兩側(cè)沿分布式反饋光柵的至少一部分延伸。為清楚地示出，已將加熱 元件條62和64的相對(duì)大小放大，且已相對(duì)于脊波導(dǎo)40在激光器10內(nèi)的 真實(shí)位置示意性地示出脊波導(dǎo)40。圖4-5和所附文字提供了對(duì)用于本發(fā)明 背景中的波導(dǎo)40、驅(qū)動(dòng)電極、以及加熱元件條62、 64的一個(gè)優(yōu)選配置的更 好說(shuō)明。
如熟悉DBR激光器設(shè)計(jì)的技術(shù)人員將理解地，圖1B中示意性示出的 DBR激光器IO包括波長(zhǎng)選擇區(qū)12、相位匹配區(qū)14、以及增益區(qū)16。例如， 波長(zhǎng)選擇區(qū)12通常包括位于激光器腔的有源區(qū)外的第一級(jí)或第二級(jí)布拉格 光柵。該區(qū)域提供波長(zhǎng)選擇，因?yàn)楣鈻牌鸱瓷溏R的作用，其反射系數(shù)取決 于波長(zhǎng)。DBR激光器IO的增益區(qū)16提供激光器的主要光增益，而相位匹 配區(qū)14在增益區(qū)16的增益材料和波長(zhǎng)選擇區(qū)12的反射材料之間產(chǎn)生可調(diào) 相移。可按照采用或不采用布拉格光柵的多種合適的替換配置提供波長(zhǎng)選 擇區(qū)12。脊波導(dǎo)40穿過(guò)波長(zhǎng)選擇區(qū)12、相位匹配區(qū)14、以及增益區(qū)16 延伸。加熱元件條62A、 64A、 62B、 64B、 62C、以及64C被結(jié)合在波長(zhǎng) 選擇區(qū)12、相位匹配區(qū)14、增益區(qū)16或其組合中，且一般沿脊波導(dǎo)40的 方向。
圖1A和1B中所示的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置80的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率取決于半導(dǎo)體 激光器10和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置80之間的波長(zhǎng)匹配。當(dāng)激光器IO的輸出波長(zhǎng)偏 離波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置80的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換帶寬時(shí)，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置80中所產(chǎn)生的高次 諧波的輸出功率急劇降低。例如，在12 mm長(zhǎng)的PPLN SHG裝置的情況下， 通常半導(dǎo)體激光器10中約2X:的溫度變化足以使激光器10的輸出波長(zhǎng)在波 長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置80的0.16nm的半最大值全帶寬(FWHM)轉(zhuǎn)換帶寬之外。
本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到將電流注入半導(dǎo)體激光器中會(huì)改變激光器的溫 度。進(jìn)一步參考圖2A和2B，其中圖2A中的線A示出增益區(qū)溫度，而圖 2A中的線B示出DBR區(qū)溫度。當(dāng)以常規(guī)方式驅(qū)動(dòng)DBR半導(dǎo)體激光器的增 益區(qū)時(shí)，增益區(qū)的有源區(qū)和包覆區(qū)首先被加熱，且增益區(qū)的折射率增大。 這導(dǎo)致光程長(zhǎng)度增加，而且如圖2B中所示，激射光譜隨時(shí)間向較長(zhǎng)波長(zhǎng)移動(dòng)。這種模式跳變現(xiàn)象以圖2B中所示的方式重復(fù)，直到從驅(qū)動(dòng)電流中產(chǎn)生
的熱穿過(guò)增益區(qū)厚度傳播并到達(dá)半導(dǎo)體激光器底部。此時(shí)，例如在圖2A和 2B中所示實(shí)施例中為約lms時(shí)，包括增益區(qū)、相位區(qū)和DBR區(qū)的整個(gè)激 光器芯片開(kāi)始經(jīng)歷顯著的溫度上升，而且激射波長(zhǎng)穩(wěn)定地增大且溫度隨時(shí) 間升高。在圖2B中圖形化地示出了溫度從約lms開(kāi)始穩(wěn)定升高。
這種熱誘導(dǎo)的波長(zhǎng)變化導(dǎo)致DBR激光器的不合需要的圖案化效應(yīng)。在 任何時(shí)候，DBR激光器的溫度分布及其波長(zhǎng)都取決于其工作歷史，例如積 分至此時(shí)的熱負(fù)載和熱耗散。如果作為激光器熱過(guò)程的函數(shù)的這種熱誘導(dǎo) 圖案化效應(yīng)未得到補(bǔ)償，其會(huì)導(dǎo)致激光器波長(zhǎng)以圖2B中所示的方式在DBR 光柵波長(zhǎng)附近模式跳變，從而導(dǎo)致所生成的高次諧波光波的輸出功率中的 噪聲。對(duì)顯示器應(yīng)用來(lái)說(shuō)，由模式跳變產(chǎn)生的噪聲會(huì)在圖像中產(chǎn)生不同亮 度的掃描線和某些偽像。同樣，由注入增益區(qū)的長(zhǎng)電流脈沖引起的熱誘導(dǎo) 圖案化效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致DBR激光器波長(zhǎng)以圖2B所示方式完全偏離其優(yōu)選值或 完全偏離相關(guān)聯(lián)的SHG波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置的帶寬，其中偏離從約1ms開(kāi)始。例 如，在顯示器應(yīng)用中，由激光器波長(zhǎng)漂移產(chǎn)生的噪聲會(huì)導(dǎo)致圖像掃描線丟 失。
圖3A和3B圖形地示出在沒(méi)有利用根據(jù)本發(fā)明的熱補(bǔ)償?shù)那闆r下常規(guī) 驅(qū)動(dòng)的DFB半導(dǎo)體激光器的特性。向DFB半導(dǎo)體激光器中注入電流會(huì)使 激光器的有源區(qū)和包覆區(qū)的溫度以圖3A所示的方式隨時(shí)間升高。這種溫度 隨時(shí)間的升高導(dǎo)致DFB激光器折射率增大，從而導(dǎo)致激光器的光程長(zhǎng)度和 布拉格光柵波長(zhǎng)都增大。因此，激射光譜以圖3B中所示方式連續(xù)移向較長(zhǎng) 波長(zhǎng)。如以上在DBR半導(dǎo)體激光器背景下所陳述地，熱誘導(dǎo)的波長(zhǎng)變化還 導(dǎo)致DFB激光器的不合需要的圖案化效應(yīng)。在任何時(shí)候，DFB激光器的溫 度分布和激射波長(zhǎng)都取決于激光器的工作歷史，即積分至此時(shí)的熱負(fù)載和 熱耗散。如果未得到補(bǔ)償，這種熱誘導(dǎo)圖案化效應(yīng)會(huì)使激光器波長(zhǎng)偏離其 優(yōu)選值或與其相關(guān)聯(lián)的SHG波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置的帶寬。
本發(fā)明涉及在增益區(qū)注入電流被調(diào)制時(shí)補(bǔ)償半導(dǎo)體激光器中的熱誘導(dǎo) 圖案化效應(yīng)的多種控制方案。因此，本發(fā)明提供一種無(wú)需使用外部調(diào)制器 的高速調(diào)制方法，該方法針對(duì)諸如綠光激光器之類(lèi)的工作于例如約4卯nm和約565 nm之間的范圍中的短波長(zhǎng)激光器裝置。根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制方案允 許半導(dǎo)體激光器和相關(guān)聯(lián)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置例如SHG晶體之間的精確波長(zhǎng)匹 配。以此方式，完全利用了半導(dǎo)體激光器的輸出光且能獲得高效的短波長(zhǎng) 激光源，因?yàn)楸疚闹兴枋龅恼{(diào)制方法提供相對(duì)較低的功耗，且不會(huì)像其 它波長(zhǎng)調(diào)制方案一樣使激光器輸出功率或線寬下降那么多。
根據(jù)本發(fā)明的一種控制方案，提供給結(jié)合在半導(dǎo)體激光器中的一個(gè)或 多個(gè)微加熱器的電流被控制成將激光器的溫度保持在相對(duì)恒定的水平。具 體地說(shuō)，參考圖4-6，雖然本發(fā)明不限于使用特定微加熱元件結(jié)構(gòu)，但在本 文中具體參考了可用來(lái)以本文中所描述的方式控制半導(dǎo)體激光器10或其選 定部分的溫度的合適微加熱元件。半導(dǎo)體激光器10可包括具有有源區(qū)30 的半導(dǎo)體襯底20、脊波導(dǎo)40、驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)、以及微加熱元件結(jié)構(gòu)。在所 示實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電極元件50，而微加熱元件結(jié)構(gòu)包括 —對(duì)加熱元件條62、 64。有源區(qū)30由半導(dǎo)體襯底20內(nèi)的P和N型半導(dǎo)體 材料限定，而且被配置成在由驅(qū)動(dòng)電極元件50和在襯底20中限定的相應(yīng) 的N型區(qū)25所產(chǎn)生的電偏壓V,下光子受激發(fā)射。半導(dǎo)體激光器10的波 長(zhǎng)輸出取決于脊波導(dǎo)40和有源區(qū)30的溫度，而微加熱元件結(jié)構(gòu)被配置成 改變脊波導(dǎo)40和有源區(qū)30的溫度以調(diào)諧波長(zhǎng)輸出。
可包括凸出或掩埋脊結(jié)構(gòu)的脊波導(dǎo)40被定位成沿著半導(dǎo)體激光器10 的縱向Z光學(xué)地引導(dǎo)光子受激發(fā)射。為了限定和描述本發(fā)明，應(yīng)注意在涉 及半導(dǎo)體激光器設(shè)計(jì)和制造的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中示教了能結(jié)合本發(fā)明概念的 各種類(lèi)型的半導(dǎo)體激光器的具體結(jié)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)而非限制，半導(dǎo)體激光器 10可包括限定分布式反饋(DFB)配置或分布式布拉格反射鏡(DBR)配 置的激光二極管。
沿半導(dǎo)體激光器IO的縱向Z延伸的微加熱元件結(jié)構(gòu)的加熱元件條62、 64由一種材料制成，該材料被設(shè)計(jì)成在電流沿大致平行于脊波導(dǎo)的縱 向——即沿條62、 64的長(zhǎng)度方向——延伸的路徑流動(dòng)時(shí)能發(fā)熱。舉例來(lái)說(shuō) 而非作為限制，可構(gòu)想pt、 Ti、 Cr、 Au、 W、 Ag、以及Al可適于單獨(dú)地 或組合地形成條62、 64。例如，優(yōu)選可利用包括Au和Pt的合金來(lái)形成加 熱元件條62、 64。如圖4所示，加熱元件條62、 64被橫向定位在脊波導(dǎo)40的相對(duì)兩側(cè)，以使加熱元件條62之一沿脊波導(dǎo)40的一側(cè)延伸，而另一加熱元件條64沿脊波導(dǎo)40的另一側(cè)延伸。另外，驅(qū)動(dòng)電極元件50也在脊波導(dǎo)40的相對(duì)兩側(cè)橫向延伸。至加熱元件條62、 64的驅(qū)動(dòng)電流可受控制以改變它所產(chǎn)生的熱從而調(diào)諧或鎖定半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)。
如圖4進(jìn)一步所示，其中驅(qū)動(dòng)電極元件50的橫向部分52、 54在脊波導(dǎo)40的相對(duì)兩側(cè)上橫向延伸，優(yōu)選可排列驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)和微加熱元件結(jié)構(gòu)以使驅(qū)動(dòng)電極元件50的橫向部分52和相應(yīng)的加熱元件條62沿脊波導(dǎo)40的同一側(cè)延伸，從而在脊波導(dǎo)40的同一側(cè)上占據(jù)公共制造層的相應(yīng)部分。同樣，驅(qū)動(dòng)電極元件50的橫向部分54和相應(yīng)的加熱元件條64沿脊波導(dǎo)40的另一側(cè)延伸，從而在脊波導(dǎo)40的另一側(cè)上占據(jù)公共制造層的相應(yīng)部分。在本文中所使用的"公共制造層"是半導(dǎo)體器件中包括定位成使其可在公共制造步驟中制造的一個(gè)或多個(gè)組件的一層。本文中標(biāo)識(shí)為在公共制造層中的組件不應(yīng)解釋為必須在公共平面中制造。例如，參考圖4，驅(qū)動(dòng)電極元件50和加熱元件條62、 64不完全共面，但它們可在公共制造步驟中形成。因此，可以說(shuō)它們處于公共制造層中。相反，驅(qū)動(dòng)電極元件50和有源區(qū)30不能說(shuō)處于公共制造層中，因?yàn)樾纬蛇@些組件的材料的性質(zhì)和組件的位置不適于在公共步驟中制造。
本發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到通過(guò)采用圖4所示類(lèi)型的薄膜微加熱器設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器的調(diào)諧和穩(wěn)定，其中加熱元件條62、 64被設(shè)置在脊波導(dǎo)40的兩側(cè)上并與驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)結(jié)合。具體地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)，通過(guò)允許將加熱元件條62、64與公共制造層中的驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)結(jié)合可在脊波導(dǎo)40的公共側(cè)優(yōu)化加熱元件條62、 64的位置。雖然在圖4和5中示出了其中驅(qū)動(dòng)電極元件50和相應(yīng)的加熱元件條62、 64沿脊波導(dǎo)40的兩側(cè)延伸的本發(fā)明，但可構(gòu)想驅(qū)動(dòng)電極元件50無(wú)需包括橫向部分52、 54或設(shè)置在脊波導(dǎo)40的兩側(cè)上。
圖4還示出了從微加熱元件結(jié)構(gòu)的加熱元件條62、 64穿過(guò)半導(dǎo)體襯底20延伸至有源區(qū)30的相應(yīng)直接加熱路徑22、 24。根據(jù)本發(fā)明所示實(shí)施例，加熱元件條62、 64被定位成使驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)基本上不會(huì)干擾直接加熱路徑22、 24。通過(guò)參考驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)的部分與直接加熱路徑22、 24干擾而"消散"的熱量，可量化與直接加熱路徑的"顯著"干擾。例如，可構(gòu)想會(huì)使到達(dá)有源區(qū)30的熱量減少超過(guò)約10%到約25%的干擾會(huì)是對(duì)直接加熱路徑的"顯著"干擾。在一些構(gòu)想的優(yōu)選實(shí)施例中，干擾程度對(duì)應(yīng)于少于約5%的定向熱減少。在構(gòu)想的其它實(shí)施例中，加熱元件條62、 64被定位成使驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)完全避免干擾直接加熱路徑22、 24。在所有這些實(shí)施例中，能最小化歸因于驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)的任意散熱效應(yīng)，或至少將其顯著減少。
應(yīng)當(dāng)將微加熱元件結(jié)構(gòu)定位成足夠靠近有源區(qū)30以確保加熱元件條62、 64產(chǎn)生的熱快速到達(dá)有源區(qū)30區(qū)域，例如在約4微秒或更短時(shí)間內(nèi)。舉例來(lái)說(shuō)而非作為限制，可定位微加熱元件結(jié)構(gòu)的加熱元件條62、 64以使它們從有源區(qū)30的PN結(jié)移位少于約5 nm?？蓸?gòu)想如果形成條62、 64和驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)的制造工藝充分精確，則加熱元件條62、 64與有源區(qū)30之間的間隔可顯著小于5pm，例如約2iLim。
務(wù)必確保驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)的工作不受微加熱元件結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電元件約束。例如，最后可優(yōu)選確保微加熱元件結(jié)構(gòu)的加熱元件條62、 64從驅(qū)動(dòng)電極元件50移位至少約2pm。如圖4所示，形成加熱元件條62、 64的電阻性薄膜與形成驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)和微加熱元件結(jié)構(gòu)的多個(gè)導(dǎo)電層可在直接在半導(dǎo)體襯底20上沉積的電絕緣薄膜70上形成。還應(yīng)注意的是可在加熱元件條62、64上形成薄保護(hù)涂層。
參考圖5，優(yōu)選驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)可包括陽(yáng)極電極區(qū)56以及在脊波導(dǎo)40之上和周?chē)纬傻挠糜陔娏髯⑷牒蜔岷纳⒌腜型金屬的驅(qū)動(dòng)電極元件50。陽(yáng)極金屬通過(guò)在加熱元件條62、 64和加熱元件觸點(diǎn)焊盤(pán)66周?chē)纬傻膶?dǎo)電跡線55連接到P型金屬的驅(qū)動(dòng)電極元件50。加熱元件條62、 64位于脊40的兩側(cè)上，距離有源區(qū)30的PN結(jié)數(shù)微米到數(shù)十微米。在加熱元件條62、64和P型金屬之間有數(shù)微米的間隙用于電絕緣。在加熱元件條62、 64和陽(yáng)極電極區(qū)56以及加熱元件觸點(diǎn)焊盤(pán)66之間也有間隙。此間隙寬度可被設(shè)計(jì)成使加熱元件條62、 64產(chǎn)生的熱不會(huì)通過(guò)陽(yáng)極電極區(qū)56顯著地耗散。如上所述，構(gòu)想前述間隙寬度優(yōu)選為至少十微米。構(gòu)想通過(guò)參考陽(yáng)極電極區(qū)56的各個(gè)部分與加熱元件觸點(diǎn)焊盤(pán)66"消散"的熱量，可量化由加熱元件條所產(chǎn)生的"顯著"熱耗散。例如，可構(gòu)想會(huì)使到達(dá)有源區(qū)30的熱量減少超
過(guò)約10%到約25%的這些元件的任何耗散會(huì)是"顯著的"。在一些構(gòu)想的優(yōu)選實(shí)施例中，耗散程度對(duì)應(yīng)于少于約5%的定向熱減少。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，加熱元件條62A、 64A、 62B、 64B被配置成沿波長(zhǎng)選擇區(qū)12和相位匹配區(qū)14中脊波導(dǎo)40的縱向延伸，但在增益區(qū)16中不會(huì)延伸很大的距離。在需要對(duì)波長(zhǎng)選擇區(qū)12和相位匹配區(qū)14進(jìn)行熱控制的背景中，這種類(lèi)型的配置具有操作優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明構(gòu)想通過(guò)改變波長(zhǎng)選擇區(qū)12或相位匹配區(qū)14的溫度進(jìn)行熱調(diào)諧。本發(fā)明還構(gòu)想通過(guò)改變波長(zhǎng)選擇區(qū)12或相位匹配區(qū)14的溫度進(jìn)行熱調(diào)諧——允許在沒(méi)有模式跳變的情況下連續(xù)調(diào)諧波長(zhǎng)的本發(fā)明一個(gè)特征。此外，本發(fā)明構(gòu)想可在區(qū)域12、 14、 16中的任一個(gè)上制造本文中所描述的集成式微加熱器，諸如通過(guò)相位熱補(bǔ)償和/或增益熱補(bǔ)償來(lái)去除模式跳變，從而在增益電流調(diào)制期間實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)穩(wěn)定。因此，本發(fā)明構(gòu)想在某些環(huán)境下優(yōu)選控制增益區(qū)16的溫度，或者單獨(dú)或組合地控制波長(zhǎng)選擇區(qū)12和相位匹配區(qū)14的溫度。在優(yōu)選控制多個(gè)區(qū)域的溫度的情況下，加熱元件條和相關(guān)聯(lián)的微加熱元件結(jié)構(gòu)被配置成能對(duì)各個(gè)區(qū)域中的加熱進(jìn)行獨(dú)立控制。
參考圖6，根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，微加熱元件結(jié)構(gòu)包括在脊波導(dǎo)40上沿半導(dǎo)體激光器10的縱向Z延伸的加熱元件條65。在DBR型激光器的背景下，圖6所示類(lèi)型的加熱元件條65可用來(lái)有效地加熱DBR型激光器(參見(jiàn)圖1B)的波長(zhǎng)選擇區(qū)12或相位匹配區(qū)14，因?yàn)檫@些區(qū)域可被制造成排除驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電元件。如圖6所示，驅(qū)動(dòng)電極元件52、 54可沿著脊波導(dǎo)40設(shè)置，其中包括它們是必要或優(yōu)選的。
如圖6所示，在加熱元件條65和脊波導(dǎo)40之間沿半導(dǎo)體激光器10的縱向Z延伸的中間空間不包括來(lái)自驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)的任意導(dǎo)電元件。因此，可在有源區(qū)30和加熱元件條65之間建立不受會(huì)使系統(tǒng)散熱的導(dǎo)電元件阻礙的直接加熱路徑。可構(gòu)想加熱元件條65的寬度可優(yōu)選至少與有源區(qū)30的寬度一樣大，但不足有源區(qū)30寬度的約四倍。
雖然上述微加熱元件結(jié)構(gòu)可代表根據(jù)本發(fā)明的用于控制激光器溫度的優(yōu)選裝置，但應(yīng)注意本發(fā)明的溫度控制方案不一定限于使用這樣的結(jié)構(gòu)。例如，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，提供了一種補(bǔ)償半導(dǎo)體激光器中熱誘導(dǎo)圖案化效應(yīng)的方法，其中對(duì)于所述加熱元件由所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH驅(qū)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間的至少一部分來(lái)說(shuō)，當(dāng)激光器的驅(qū)動(dòng)電流lD處于相對(duì)低值時(shí)激光器的加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH被設(shè)置成相對(duì)高值。另外，對(duì)加熱期間的至少一部分來(lái)說(shuō)，當(dāng)激光器的驅(qū)動(dòng)電流lD處于相對(duì)高值時(shí)，激光器的加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH可設(shè)置成相對(duì)低值。在沒(méi)有具體標(biāo)識(shí)真實(shí)電流大小的情況下參考了多種場(chǎng)合下相對(duì)高值和相對(duì)低值的電流，因?yàn)檫x擇用來(lái)驅(qū)動(dòng)特定激光器的加熱元件的實(shí)際電流大小和特定激光器的有源區(qū)將取決于激光器的構(gòu)造和加熱元件的設(shè)計(jì)。為了描述和限定本發(fā)明，應(yīng)注意在本文中將加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH描述為關(guān)于彼此相對(duì)較高和相對(duì)較低，而不是關(guān)于諸如激光器驅(qū)動(dòng)電流ID之類(lèi)的其它電流值。同樣，在本文中將激光器驅(qū)動(dòng)電流ID描述為關(guān)于彼此相對(duì)較高和相對(duì)較低，而不關(guān)于諸如加熱元件驅(qū)動(dòng)電流Ih之類(lèi)的其它電流值。
在本申請(qǐng)中通篇引用了各種類(lèi)型的電流。為了描述和限定本發(fā)明，應(yīng)注意這樣的電流指代電流。此外，為了限定和描述本發(fā)明，應(yīng)注意本文中引用"控制"電流不一定意味著主動(dòng)控制電流或因變于任意參考值控制電流。相反，可構(gòu)想可僅通過(guò)建立電流大小來(lái)控制電流。
更具體地，對(duì)圖1A中所示類(lèi)型的DFB型半導(dǎo)體激光器來(lái)說(shuō)，激光器中的總體溫度變化包括由激光器驅(qū)動(dòng)電流lD引起的溫度變化和由加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH引起的溫度變化。加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH可被控制，即減小或增大，以通過(guò)減小有源區(qū)結(jié)溫Tj的總體變化來(lái)減輕由半導(dǎo)體激光器中歷史熱狀況引起的熱誘導(dǎo)圖案化效應(yīng)。因此，能將調(diào)制激光器輸出信號(hào)的波長(zhǎng)保持在優(yōu)選值，例如匹配相耦合的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置的最優(yōu)波長(zhǎng)的值。因?yàn)楣?br> 柵覆蓋了 DFB型激光器有源區(qū)的整個(gè)長(zhǎng)度，所以光程長(zhǎng)度和光柵波長(zhǎng)分別
是公共光路徑的折射率的函數(shù)。因此，通過(guò)保持光柵區(qū)溫度恒定可穩(wěn)定光程長(zhǎng)度和光柵波長(zhǎng)。
根據(jù)熱動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)，由微加熱器產(chǎn)生的熱擴(kuò)散到激光器的有源區(qū)需要大量的時(shí)間，因?yàn)槲⒓訜崞髋c有源區(qū)偏移例如幾微米。另一方面，電流注入直接加熱激光器有源區(qū)。因此，根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，在激光器驅(qū)動(dòng)電流ID開(kāi)始增大之前，控制加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH以使其減小。此外，雖然并非必需，構(gòu)想可在激光器驅(qū)動(dòng)電流lD開(kāi)始減小之前控制加熱元件驅(qū)動(dòng)電
流Ih以使其増大。
圖7是示出補(bǔ)償半導(dǎo)體激光器中熱誘導(dǎo)的圖案化效應(yīng)的方法的時(shí)序圖，其中經(jīng)調(diào)制激光器驅(qū)動(dòng)電流lD的相位相對(duì)于加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH的相位角延時(shí)時(shí)間延遲At。在圖7中，經(jīng)過(guò)時(shí)間沿X軸繪制，而激光器驅(qū)動(dòng)電流Id、加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH、調(diào)制激光器輸出信號(hào)P、、結(jié)溫T;、激射波長(zhǎng)
、、以及SHG輸出功率？w/2沿y軸繪制。
如圖7所示，在DFB激光器耦合到SHG波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置的背景下，最初在連續(xù)波條件下實(shí)現(xiàn)DFB激光器和SHG晶體的波長(zhǎng)匹配。然后轉(zhuǎn)換到
調(diào)制模式。在將激光器驅(qū)動(dòng)電流lD變成相對(duì)高值之前將加熱元件驅(qū)動(dòng)電流
lH變成相對(duì)低值。構(gòu)想時(shí)間延遲At的范圍可以取決于集成式微加熱器配置從亞微秒到數(shù)微秒。同樣，在將激光器驅(qū)動(dòng)電流lD變成相對(duì)低值之前將加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH變成相對(duì)高值。
以此方式，可控制在圖8中示為0.45瓦幅值方波的加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH以將結(jié)溫Tj保持在基本恒定值。例如，根據(jù)圖8中所示本發(fā)明的實(shí)施例，其中結(jié)溫Tj表示為下部實(shí)線，結(jié)溫Tj被保持在約40.5°C和約41.5°C之間。在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，構(gòu)想基本恒定的結(jié)溫將落在約士2。C或更優(yōu)選約i0.5。C的溫度變化帶內(nèi)。如果變化僅占溫度分布的相對(duì)短暫部分，例如對(duì)具有數(shù)十微秒量級(jí)的持續(xù)時(shí)間的溫度分布圖例來(lái)說(shuō)僅占幾微秒量級(jí)，那么包括溫度尖峰或在上述帶之外的其它溫度變化的結(jié)溫分布也可認(rèn)為是基本恒定的。
在圖8中，等于加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH和激光器驅(qū)動(dòng)電流b之間相位角的時(shí)
間延遲At是明顯的。
參考圖9可說(shuō)明本發(fā)明的補(bǔ)償方案的進(jìn)一步改進(jìn)，其中繪制了在加熱元件驅(qū)動(dòng)電流減小和激光器驅(qū)動(dòng)電流增大之后作為時(shí)間函數(shù)的計(jì)算結(jié)溫。圖9還給出了計(jì)算結(jié)溫T,中分別來(lái)自加熱元件驅(qū)動(dòng)電流減小和激光器驅(qū)動(dòng)電流增大的分量。在圖9中這些相應(yīng)分量溫度曲線被標(biāo)記為Id和Ih以闡明
其與激光器驅(qū)動(dòng)電流lD和加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH的相應(yīng)關(guān)系。在調(diào)制期間，
當(dāng)激光器驅(qū)動(dòng)電流ID從低變高而加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH從高變低時(shí)，結(jié)溫Tj在導(dǎo)通狀態(tài)開(kāi)始時(shí)呈現(xiàn)出從其目標(biāo)值的超調(diào)，然后逐漸地下降并穩(wěn)定。 因?yàn)榻Y(jié)溫Tj響應(yīng)于激光器驅(qū)動(dòng)電流b的變化而改變比響應(yīng)于加熱元件驅(qū)動(dòng) 電流的變化而改變更快，所以產(chǎn)生此超調(diào)。
通過(guò)在激光器驅(qū)動(dòng)電流lD和加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH信號(hào)中納入時(shí)間延遲 △t，本發(fā)明部分補(bǔ)償上述超調(diào)。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，通過(guò)控制加熱元 件驅(qū)動(dòng)電流lH的大小以使由歸因于激光器驅(qū)動(dòng)電流lD的加熱和歸因于加熱 元件驅(qū)動(dòng)電流lH的加熱引起的溫度升高總和基本保持恒定。參考圖10和 11，例如，不僅預(yù)先調(diào)小加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH，而且還將其改變成相比于 加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH被保持在相對(duì)恒定低值的較低電流值的情況更低的電 流值。相反，在圖7和8所示的本發(fā)明實(shí)施例中，加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH及 時(shí)從基本恒定相對(duì)低值向基本恒定相對(duì)高值轉(zhuǎn)變。
根據(jù)圖10和ll所示的本發(fā)明實(shí)施例，加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH被控制成
使其相對(duì)低值部分包括最小電流值部分a和最大電流值部分b。加熱元件驅(qū) 動(dòng)電流可如圖10所示沿按步進(jìn)增量升高的溫度分布從最小電流值部分a向 最大電流值部分b轉(zhuǎn)變，或如圖11所示逐漸地轉(zhuǎn)變。在任一種情況下，加 熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH從相對(duì)較高加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH向最小電流值部分a轉(zhuǎn) 變，從最小電流值部分a向最大電流值部分b轉(zhuǎn)變，以及從最大電流值部 分b向相對(duì)較高加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH轉(zhuǎn)變。
可構(gòu)想高通頻率濾波器或類(lèi)似硬件可用來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH的 上述變化和所提到的激光器驅(qū)動(dòng)電流lD與加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH信號(hào)中的時(shí) 間延遲At。根據(jù)本發(fā)明的此方面，加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH的幅值和相位角添
加了高通濾波器響應(yīng)以最佳補(bǔ)償由激光器驅(qū)動(dòng)電流引起的光程長(zhǎng)度變化。
頻域中的濾波器響應(yīng)大約是由激光驅(qū)動(dòng)電流lD和加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH引起 的頻率相關(guān)溫度響應(yīng)之間的差異。通過(guò)對(duì)由激光器驅(qū)動(dòng)電流Id和加熱元件 驅(qū)動(dòng)電流lH引起的頻率相關(guān)溫度響應(yīng)的數(shù)值模擬或?qū)嶒?yàn)測(cè)量可獲得頻率濾 波器的特性。進(jìn)一步構(gòu)想僅當(dāng)加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH從高電平向低電平轉(zhuǎn)變 時(shí)才需要圖10和11中所示的濾波功能，因?yàn)楫?dāng)加熱器電流從低電平向高 電平轉(zhuǎn)變時(shí)，激光器驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)變至接近或低于激光器閾值的低電平。在 某些應(yīng)用中當(dāng)激光器驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)變至此低電平時(shí)，激光器輸出信號(hào)PX中斷，從而不需要提出熱補(bǔ)償。 一般來(lái)說(shuō)，微加熱元件結(jié)構(gòu)的響應(yīng)時(shí)間慢于激光 器驅(qū)動(dòng)電流的響應(yīng)時(shí)間，所以無(wú)論激光器激活的時(shí)候還是在不同輸出功率 的激活狀態(tài)之間調(diào)制的時(shí)候通常都會(huì)需要使用濾波器功能。例如，當(dāng)激光 器驅(qū)動(dòng)電流lD向?qū)?yīng)于減小的但非零的激光器輸出信號(hào)Px的低電平轉(zhuǎn)變時(shí) 會(huì)需要補(bǔ)償。
在參考圖1B說(shuō)明和如上具體描述的DBR型激光器的背景下，本發(fā)明 還涉及熱補(bǔ)償方案，其中利用在相位匹配區(qū)14上延伸的微加熱元件結(jié)構(gòu)加
熱半導(dǎo)體激光器10的相位匹配區(qū)14。在此實(shí)施例中，可按照本文中描述的
配置中的任一種或按照任意常規(guī)的或有待開(kāi)發(fā)的配置中的任一種在相位匹
配區(qū)14上制造微加熱元件結(jié)構(gòu)。在調(diào)制期間，通過(guò)增大或減小增益區(qū)16 中的激光器驅(qū)動(dòng)信號(hào)lD來(lái)增大或減小激光器輸出信號(hào)Px。如上所述，激光 器驅(qū)動(dòng)電流Io產(chǎn)生的熱會(huì)改變?cè)鲆鎱^(qū)16的光程長(zhǎng)度，且激光器易受模式跳 變影響。為補(bǔ)償此易感性，控制加熱元件驅(qū)動(dòng)電流Ih從而控制相位匹配區(qū) 14中產(chǎn)生的熱以使DBR激光器的總光學(xué)腔長(zhǎng)度基本保持恒定。此方法不僅 針對(duì)模式跳變，而且有助于減少激光器中的布拉格波長(zhǎng)漂移，因?yàn)橛蓺w因
于激光器驅(qū)動(dòng)電流lD的加熱和歸因于加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH的加熱引起的溫
度升高總和基本保持恒定。
還構(gòu)想通過(guò)將電流Ij注入相位匹配區(qū)14能進(jìn)一步加熱相位匹配區(qū)14。 可控制加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH和注入電流I;，以首先主要在注入電流Ij的影 響下實(shí)現(xiàn)相位匹配區(qū)14中的光程長(zhǎng)度補(bǔ)償，然后主要在加熱元件驅(qū)動(dòng)電流 lH的影響下實(shí)現(xiàn)該補(bǔ)償。以此方式，可一起使用加熱元件驅(qū)動(dòng)電流Ih和注
入電流Ij來(lái)補(bǔ)償由增益區(qū)16中激光器驅(qū)動(dòng)電流lD引起的光程長(zhǎng)度的任意變 化。注入電流Ij能比加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH更快地加熱相位匹配區(qū)14。相反， 加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH和微加熱元件結(jié)構(gòu)比注入電流Ij較不易于在激光器中 引入不需要的效應(yīng)，諸如光學(xué)損耗增大和線寬增大。此外，在連續(xù)波(CW) 條件下按照每單位電功率輸入的激光器溫度變化來(lái)說(shuō)，通常Ih比Ij更高效。 因此，本發(fā)明構(gòu)想以上述方式組合使用相位區(qū)注入電流和相位區(qū)加熱元件
驅(qū)動(dòng)電流IH來(lái)補(bǔ)償由增益區(qū)16中激光器驅(qū)動(dòng)電流lD引起的光程長(zhǎng)度變化。
再參考圖1B中所示DBR型激光器的背景，本發(fā)明還涉及熱補(bǔ)償方案，其中利用在增益區(qū)16上延伸的微加熱元件結(jié)構(gòu)加熱半導(dǎo)體激光器10的增 益區(qū)16，而不是加熱相位區(qū)14。以此方式，在增益區(qū)上制造的集成式微加 熱元件結(jié)構(gòu)可用來(lái)直接抵消由增益注入電流引起的光程長(zhǎng)度的任意變化。
對(duì)那些實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)多個(gè)優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)。例如，在許多 情況下不一定要改變驅(qū)動(dòng)電流來(lái)保持恒定的熱負(fù)載，或?qū)⑼獠抗鈴?qiáng)調(diào)制器
用于直接調(diào)制激光器的反饋控制。在DBR型激光器的背景下，在許多情況 下不一定要控制激光器的增益區(qū)、相位區(qū)、或波長(zhǎng)選擇區(qū)中的電流注入以 將激光器波長(zhǎng)帶回波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置的光譜中心。另外，在一些情況下，不一 定要使用來(lái)自波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置的光輸出的光反饋，其中激光器耦合到該波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換裝置以調(diào)節(jié)激光器的DBR區(qū)電流或相位區(qū)電流。
對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，可對(duì)本發(fā)明做出各種修改和變型 而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因而，本發(fā)明旨在涵蓋本發(fā)明的所有這些
修改和變型，只要它們落在所附權(quán)利要求書(shū)及其等價(jià)技術(shù)方案的范圍中即 可。例如，雖然本說(shuō)明書(shū)在凸出脊波導(dǎo)的背景下說(shuō)明本發(fā)明的概念，但可 構(gòu)想本發(fā)明在"掩埋"脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的背景下也具有實(shí)用性。因此，所附權(quán)利 要求中"脊波導(dǎo)"的陳述包括凸出和掩埋脊波導(dǎo)，且不應(yīng)視為僅限于凸出脊 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
注意，類(lèi)似"優(yōu)選"、"共同"和"通常"之類(lèi)的術(shù)語(yǔ)在本文中釆用時(shí)不是旨 在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍或者暗示某些特征是關(guān)鍵性的、必要的、 或甚至比要求保護(hù)的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或功能更重要。相反，這些術(shù)語(yǔ)僅旨在 突出可或可不在本發(fā)明的具體實(shí)施例中采用的替換的或附加的特征。
為了描述和定義本發(fā)明，注意在本文中采用術(shù)語(yǔ)"顯著地"來(lái)表示可歸 因于任何數(shù)量的比較、值、測(cè)量、或其它表示的固有不確定程度。在本文 中還采用術(shù)語(yǔ)"基本上"來(lái)表示數(shù)量表示不同于規(guī)定參考值但不在此問(wèn)題上 導(dǎo)致對(duì)象的基本功能改變的程度。
權(quán)利要求
1.一種補(bǔ)償半導(dǎo)體激光器中的熱誘導(dǎo)圖案化效應(yīng)的方法，所述方法包括用激光器驅(qū)動(dòng)電流ID驅(qū)動(dòng)所述半導(dǎo)體激光器的有源區(qū)，所述激光器驅(qū)動(dòng)電流ID足以在所述有源區(qū)中產(chǎn)生光子受激發(fā)射；通過(guò)用具有相對(duì)高值和相對(duì)低值的激光器驅(qū)動(dòng)電流ID驅(qū)動(dòng)所述半導(dǎo)體激光器的所述有源區(qū)以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)制的激光輸出信號(hào)Pλ；用加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH加熱所述半導(dǎo)體激光器的所述有源區(qū)以在熱耦合到所述有源區(qū)的加熱元件結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生熱；以及通過(guò)用相對(duì)高值和相對(duì)低值加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH驅(qū)動(dòng)所述加熱元件來(lái)控制所述有源區(qū)的結(jié)溫TJ，其中所述激光器驅(qū)動(dòng)電流ID的所述控制和所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH的所述控制使得對(duì)于所述加熱元件被所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH驅(qū)動(dòng)期間的至少一部分，當(dāng)所述激光器驅(qū)動(dòng)電流ID處于相對(duì)低值時(shí)，所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH處于所述相對(duì)高值，以及在所述激光器驅(qū)動(dòng)電流ID從所述相對(duì)低值向所述相對(duì)高值增大之前，所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH從所述相對(duì)高值向所述相對(duì)低值減小。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH相對(duì)于所述激光器驅(qū)動(dòng)電流ID進(jìn)行控制以至少部分地補(bǔ)償所述半導(dǎo)體激光器中 因歷史熱狀況產(chǎn)生的熱誘導(dǎo)圖案化效應(yīng)。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH被控制成使所述相對(duì)低值包括最小電流值部分a 和最大電流值部分b;以及所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH沿逐漸增大或步進(jìn)增加的溫度分布及時(shí)從所述最小電流值部分a向所述最大電流值部分b轉(zhuǎn)變。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH及時(shí)地從所述相對(duì)較高加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH向所述相對(duì)較低加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH的所述最小電流值部分a轉(zhuǎn)變；從所述相對(duì)較低加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH的所述最小電流值部分a向所述最 大電流值部分b轉(zhuǎn)變；以及從所述相對(duì)較低加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH的所述最大電流值部分b向所述相 對(duì)較高加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH轉(zhuǎn)變。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH被 控制成將所述結(jié)溫T;保持在基本恒定值。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流被控 制成通過(guò)在增大所述激光器驅(qū)動(dòng)電流ID之前開(kāi)始減小所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流 IH來(lái)補(bǔ)償所述熱誘導(dǎo)圖案化效應(yīng)。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)所述熱誘導(dǎo)圖案化效 應(yīng)的補(bǔ)償限于所述激光器驅(qū)動(dòng)電流從中斷狀態(tài)向接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變或在不同功率 電平的兩個(gè)接通狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變的情況。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述激光器驅(qū)動(dòng)電流ID和所 述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH被補(bǔ)償成使對(duì)于所述加熱元件被所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH驅(qū)動(dòng)期間的至少一部分，當(dāng)所述激光器驅(qū)動(dòng)電流lD處于相對(duì)高值時(shí)，所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH處于所述相對(duì)低值；以及在所述激光器驅(qū)動(dòng)電流lD從所述相對(duì)高值向所述相對(duì)低值減小之前，所 述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH從所述相對(duì)低值向所述相對(duì)高值增大。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述經(jīng)調(diào)制激光器驅(qū)動(dòng)電流 ID的相位相對(duì)于所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH的相位延遲時(shí)間延遲At。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于-所述半導(dǎo)體包括具有分布式反饋光柵的DFB激光二極管；以及 所述半導(dǎo)體激光器的有源區(qū)用在所述分布式反饋光柵的大部分上延伸的微加熱元件結(jié)構(gòu)加熱。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述半導(dǎo)體包括具有波長(zhǎng)選擇區(qū)、相位匹配區(qū)、以及增益區(qū)的DBR激光 二極管；以及所述半導(dǎo)體激光器用在所述增益區(qū)上延伸的微加熱元件結(jié)構(gòu)加熱。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述半導(dǎo)體包括具有波長(zhǎng)選擇區(qū)、相位匹配區(qū)、以及增益區(qū)的DBR激光 二極管；以及所述半導(dǎo)體激光器用在所述相位匹配區(qū)上延伸的微加熱元件結(jié)構(gòu)加熱。
13. —種補(bǔ)償包括波長(zhǎng)選擇區(qū)、相位匹配區(qū)、以及增益區(qū)的DBR激光二 極管中熱誘導(dǎo)圖案化效應(yīng)的方法，所述方法包括用激光器驅(qū)動(dòng)電流lD驅(qū)動(dòng)所述半導(dǎo)體激光器的有源區(qū)，所述激光器驅(qū)動(dòng)電流lD足以在所述有源區(qū)中產(chǎn)生光子受激發(fā)射；通過(guò)用具有相對(duì)高值和相對(duì)低值的激光器驅(qū)動(dòng)電流ID驅(qū)動(dòng)所述半導(dǎo)體激光器的所述有源區(qū)而產(chǎn)生經(jīng)調(diào)制的激光輸出信號(hào)P人；通過(guò)向在所述相位匹配區(qū)的至少一部分上延伸的微加熱元件結(jié)構(gòu)施加加 熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH以在所述微加熱元件結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生熱來(lái)加熱所述DBR激光器 的所述相位匹配區(qū)；以及控制所述激光器驅(qū)動(dòng)電流lD和所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH，以使對(duì)于所述 加熱元件被所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH驅(qū)動(dòng)期間的至少一部分，當(dāng)所述激光器驅(qū) 動(dòng)電流lD處于所述相對(duì)低值時(shí)所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH處于相對(duì)高值，而當(dāng) 所述激光器驅(qū)動(dòng)電流lD處于所述相對(duì)高值時(shí)所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH處于相 對(duì)低值，以至少部分地補(bǔ)償歸因于由所述激光器驅(qū)動(dòng)電流ID在所述有源區(qū)中所產(chǎn)生的熱的光程長(zhǎng)度增加。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述相位匹配區(qū)通過(guò)向所述相位匹配區(qū)注入電流I;進(jìn)一步加熱。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH 和所述注入電流Ij被控制成首先在注入電流Ij的主要影響下實(shí)現(xiàn)所述光程長(zhǎng)度補(bǔ)償，且然后在加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH的主要影響下實(shí)現(xiàn)所述光程長(zhǎng)度補(bǔ)償。
16. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述相位匹配區(qū)中的加熱 元件驅(qū)動(dòng)電流IH和所述有源區(qū)中的激光器驅(qū)動(dòng)電流ID被控制成使所述DBR激 光器的總光程長(zhǎng)度基本保持恒定值。
17. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述激光器驅(qū)動(dòng)電流Io 從所述相對(duì)低值向所述相對(duì)高值增大之前，所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流Ih從所述相對(duì)高值向所述相對(duì)低值減小。
18. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH 及時(shí)從基本恒定的相對(duì)低值向基本恒定的相對(duì)高值轉(zhuǎn)變。
19. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH被控制成使所述相對(duì)低值包括最小電流值部分a和最大電流值部分b;以及所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH及時(shí)沿逐漸增大或步進(jìn)增加的溫度分布從所述最小電流值部分a向所述最大電流值部分b轉(zhuǎn)變。
20. —種補(bǔ)償包括半導(dǎo)體襯底、有源區(qū)、脊波導(dǎo)、驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)、以及微加熱元件結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器中的熱誘導(dǎo)圖案化效應(yīng)的方法，其特征在于所述有源區(qū)在所述半導(dǎo)體襯底中限定，而且被配置成在由所述驅(qū)動(dòng)電極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電偏壓下產(chǎn)生光子受激發(fā)射；所述脊波導(dǎo)被定位成沿所述半導(dǎo)體激光器的縱向光學(xué)地引導(dǎo)所述光子受 激發(fā)射；所述微加熱元件結(jié)構(gòu)包括沿所述半導(dǎo)體激光器縱向延伸的一對(duì)加熱元件條；所述加熱元件條在所述脊波導(dǎo)的相對(duì)兩側(cè)上，以使所述加熱元件條之一沿 所述脊波導(dǎo)的一側(cè)延伸，而其余的加熱元件條沿所述脊波導(dǎo)的另一側(cè)延伸；以 及所述方法包括用激光器驅(qū)動(dòng)電流lD驅(qū)動(dòng)所述半導(dǎo)體激光器的有源區(qū)， 所述激光器驅(qū)動(dòng)電流ID足以在所述有源區(qū)中產(chǎn)生光子受激發(fā)射；通過(guò)用具有相 對(duì)高值和相對(duì)低值的激光器驅(qū)動(dòng)電流ID驅(qū)動(dòng)所述半導(dǎo)體激光器的所述有源區(qū) 以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)制的激光輸出信號(hào)Px;用加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH加熱所述半導(dǎo)體激 光器的所述有源區(qū)以在熱耦合到所述有源區(qū)的加熱元件結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生熱；以及通 過(guò)用相對(duì)高值和相對(duì)低值加熱元件驅(qū)動(dòng)電流IH驅(qū)動(dòng)所述加熱元件來(lái)控制所述 有源區(qū)的結(jié)溫T;，其中，對(duì)于所述加熱元件被所述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流Ih駆幼期間的至少一部分，當(dāng)所述激光器驅(qū)動(dòng)電流lD處于相對(duì)低值時(shí)所述加熱元件驅(qū) 動(dòng)電流lH處于所述相對(duì)高值，而當(dāng)所述激光器驅(qū)動(dòng)電流lD處于相對(duì)高值時(shí)所 述加熱元件驅(qū)動(dòng)電流lH處于所述相對(duì)低值。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于利用結(jié)合在半導(dǎo)體激光器中的單片微加熱器調(diào)制半導(dǎo)體激光器和與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器波長(zhǎng)匹配的方法。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，提供了一種補(bǔ)償半導(dǎo)體激光器中熱誘導(dǎo)圖案化效應(yīng)例如波長(zhǎng)偏移的方法，其中當(dāng)激光器驅(qū)動(dòng)電流I_D處于相對(duì)低值時(shí)，激光器的加熱元件驅(qū)動(dòng)電流I_H被設(shè)置成相對(duì)高值。在所述激光器驅(qū)動(dòng)電流I_D從所述相對(duì)低值向所述相對(duì)高值增大之前，加熱元件驅(qū)動(dòng)電流I_H在時(shí)間Δt時(shí)從所述相對(duì)高值向所述相對(duì)低值減小。該半導(dǎo)體激光器可以是DBR激光二極管，其包括波長(zhǎng)選擇區(qū)(12)、相位匹配區(qū)(14)、以及增益區(qū)(16)，各個(gè)區(qū)均設(shè)置有一對(duì)加熱元件條(62，64)。
文檔編號(hào)H01S5/026GK101529675SQ200780033774
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月13日
發(fā)明者C·-E·扎, D·A·洛伯, D·O·里基茨, M·H·胡, V·巴蒂亞, 劉興勝 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司