專利名稱：用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的rec雙波長(zhǎng)激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光通信領(lǐng)域的光電子器件制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的集成光電子器件。
背景技術(shù)：
目前光通信網(wǎng)絡(luò)中比較成熟的光時(shí)鐘恢復(fù)技術(shù)是基于光-電-光的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。也就是說(shuō)，先將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后利用鎖相環(huán)、壓控振蕩器等電子學(xué)常規(guī)方法從電信號(hào)中進(jìn)行時(shí)鐘信號(hào)的提取，然后再將電時(shí)鐘信號(hào)調(diào)制到光波上，最終得到光時(shí)鐘。然而隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，光通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，單信道的傳輸速率正在由10( / s向40(ib/S發(fā)展。如此高的比特率已經(jīng)接近了電子器件本身的物理極限，通過(guò)光-電-光的過(guò)程來(lái)進(jìn)行時(shí)鐘提取會(huì)變得十分困難。于是，基于光-光的過(guò)程來(lái)進(jìn)行時(shí)鐘提取的技術(shù)， 也就是全光時(shí)鐘恢復(fù)技術(shù)在近年來(lái)得到了廣泛的研究和發(fā)展。在眾多全光時(shí)鐘恢復(fù)技術(shù)中，兩段式分布耦合(TwoIectionDistributed Feedback, TS-DFB)半導(dǎo)體激光器是一個(gè)相對(duì)比較簡(jiǎn)單的方案。TS-DFB激光器由兩個(gè)DFB 激光器組成。這兩個(gè)DFB激光器的波導(dǎo)有效折射率或光柵的布拉格波長(zhǎng)存在一定差異，因此兩個(gè)DFB激光器的激射波長(zhǎng)存在一定差異，從而激發(fā)出兩個(gè)模式。這兩個(gè)模式再拍頻就可以形成TS-DFB激光器的自脈動(dòng)。當(dāng)波長(zhǎng)和強(qiáng)度滿足一定條件的光信號(hào)注入到上述TS-DFB激光器中時(shí)，輸出脈沖的頻率和相位將被鎖定到輸入光信號(hào)的時(shí)鐘上，從而實(shí)現(xiàn)全光時(shí)鐘恢復(fù)。這種全光時(shí)鐘恢復(fù)有兩種模式非相干模式和相干模式，其原理如圖1所示。在非相干模式中，輸入的光信號(hào)的波長(zhǎng)和TS-DFB激光器的本征波長(zhǎng)存在一定間隔，一般大于lnm。這樣的光信號(hào)注入到TS-DFB激光器后，會(huì)對(duì)第一 DFB激光器段的載流子進(jìn)行密度調(diào)制。這樣，第一 Dra激光器段的激射模式1兩邊將產(chǎn)生兩個(gè)邊帶3，它們與激射模式1的頻率間隔等于光信號(hào)的時(shí)鐘頻率。如果其中一個(gè)邊帶具有足夠大的功率，并且波長(zhǎng)與第二 DFB激光器段的激射模式2足夠接近，那么第二 DFB激光器段就會(huì)被這個(gè)邊帶鎖定。這樣，TS-Dra激光器的兩個(gè)激射模式的拍頻頻率就正好是輸入光信號(hào)的時(shí)鐘頻率，從而實(shí)現(xiàn)了全光時(shí)鐘恢復(fù)。這種模式是通過(guò)注入光信號(hào)對(duì)激光器載流子的密度進(jìn)行調(diào)制而實(shí)現(xiàn)的，所以對(duì)注入光信號(hào)的波長(zhǎng)和偏振狀態(tài)是不敏感的，但是注入光的功率往往要求較大， 從而有利于實(shí)現(xiàn)載流子密度調(diào)制。在相干模式中，輸入光信號(hào)的載波波長(zhǎng)4與TS-DFB激光器的一個(gè)激射波長(zhǎng)1非常接近，使得注入光信號(hào)中由時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生的兩個(gè)相干的模式分別鎖定住TS-DFB激光器的兩個(gè)激射模式，從而得到和輸入光信號(hào)時(shí)鐘同頻同相的輸出脈沖。相干模式對(duì)輸入光信號(hào)的波長(zhǎng)、偏振要求較高，但是需要的注入功率相對(duì)非相干模式來(lái)說(shuō)要小一些。對(duì)于TS-DFB來(lái)說(shuō)，一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)就是使得其兩個(gè)DFB激光器的激射波長(zhǎng)存在一定間隔，目前常用的做法包括利用電子束曝光的方法使兩個(gè)DFB激光器的光柵周期不一樣；或者設(shè)法使兩個(gè)DFB激光器的波導(dǎo)有效折射率存在差別，例如兩個(gè)DFB激光器的脊波導(dǎo)寬度存在μ m量級(jí)的差別，從而影響其有效折射率。這些做法在工藝上無(wú)論是成本還是難度都較大，影響其實(shí)用化。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的REC 雙波長(zhǎng)激光器。通過(guò)集成至少兩個(gè)單獨(dú)的抽樣光柵結(jié)構(gòu)的DFB段，造成激射波長(zhǎng)的差異，從而可以利用非相干模式或相干模式實(shí)現(xiàn)全光時(shí)鐘恢復(fù)。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明依據(jù)其具體實(shí)施方式
提供一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的 REC雙波長(zhǎng)激光器，包括相互連接的第一 DFB激光器段、第二 Dra激光器段，以及設(shè)在第一 DFB激光器段與第二 DFB激光器段的連接處的電隔離區(qū)，所述第一 DFB激光器段、第二 DFB 激光器段及電隔離區(qū)均具有依次相連的外延層及依次相連的脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，每個(gè)外延層包括依次外延生長(zhǎng)在N型襯底上的下包層、下波導(dǎo)層、多量子阱有源層、光柵層、上波導(dǎo)層、上包層，所述脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)制作在所述上包層上；所述第一 DFB激光器段及第二DFB激光器段還分別具有外延生長(zhǎng)在所述脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上的歐姆接觸層、以及填平所述脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)兩側(cè)部分的絕緣層；并且，在所述N型襯底上鍍有N電極，在所述歐姆接觸層上鍍有P電極。其中，所述第一 DFB激光器段和第二 DFB激光器段的光柵層上均制有光柵結(jié)構(gòu)，所述光柵結(jié)構(gòu)具有相同的光柵周期。其中，所述第一 DFB激光器段和第二 DFB激光器段的光柵層為抽樣光柵結(jié)構(gòu)，并且在光柵層中央抽樣周期跳變半個(gè)周期，實(shí)現(xiàn)重構(gòu)等效啁啾。其中，所述第一 DFB激光器段的長(zhǎng)度為300 500 μ m,所述第二 DFB激光器段的長(zhǎng)度為300 500 μ m，所述電隔離區(qū)的長(zhǎng)度為30 50 μ m。其中，所述脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的脊波導(dǎo)的寬度為2 4 μ m，高度為0. 5 2. 5 μ m。其中，還包括設(shè)置在所述第一 DFB激光器段和第二 DFB激光器段之間的調(diào)相段， 用于對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行調(diào)相，在所述第一 DFB激光器段與所述調(diào)相段之間、及所述調(diào)相段與所述第二 DFB激光器段之間分別設(shè)置電隔離區(qū)。其中，所述調(diào)相段不具有光柵結(jié)構(gòu)，且其結(jié)構(gòu)與所述第一 DFB激光器段或第二 DFB 激光器段的結(jié)構(gòu)相同。其中，所述調(diào)相段的長(zhǎng)度為100 500 μ m,兩個(gè)電隔離區(qū)的長(zhǎng)度均為30 50 μ m。其中，其輸出端面采用抗反射鍍膜。(三)有益效果本發(fā)明集成了至少兩個(gè)單獨(dú)的抽樣光柵結(jié)構(gòu)的DFB激光器段。由于DFB激光器的激射波長(zhǎng)與光柵周期及光柵抽樣周期相關(guān)，因此可通過(guò)使這兩個(gè)DFB激光器的光柵抽樣周期存在一定差別，造成它們光柵的有效布拉格波長(zhǎng)存在一定差異，從而實(shí)現(xiàn)激射波長(zhǎng)的差異(0. Olnm Inm量級(jí))。這樣，就可以利用非相干模式或相干模式實(shí)現(xiàn)全光時(shí)鐘恢復(fù)。


圖1是利用兩段式分布耦合激光器進(jìn)行全光時(shí)鐘恢復(fù)的光譜示意圖2是集成了兩個(gè)DFB激光器的用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的REC雙波長(zhǎng)激光器；圖3是集成了兩個(gè)DFB激光器和一個(gè)調(diào)相段的用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的REC雙波長(zhǎng)激光器；圖4是利用REC雙波長(zhǎng)激光器進(jìn)行全光時(shí)鐘恢復(fù)的系統(tǒng)示意圖；圖5是采用REC技術(shù)的抽樣光柵結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、第一段DFB激光器的激射模式；2、第二段DFB激光器的激射模式；3、邊帶；4、注入光信號(hào)的載波波長(zhǎng)；5、N電極；6、含下包層的襯底；7、下波導(dǎo)層；8、多量子阱有源層；9、光柵層；10、上波導(dǎo)層；11、上包層；12、SiO2絕緣層；13、歐姆接觸層；14、P電極； 15、脊波導(dǎo)；16、端面；17、第一 DFB激光器段；18、第二 DFB激光器段；19、電隔離區(qū)；20、調(diào)相段；21、輸入光信號(hào)；22、環(huán)行器；23、用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的REC雙波長(zhǎng)激光器；24、光柵抽樣周期P ；25、光柵中央抽樣周期跳變長(zhǎng)度D ；26、光柵周期Λ。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的基于重構(gòu)等效啁啾(reconstruction equivalent chirp, REC)技術(shù)的雙波長(zhǎng)激光器，可用于光數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。它通過(guò)接收的數(shù)據(jù)信號(hào)中來(lái)同步地提取光時(shí)鐘信號(hào)，這個(gè)過(guò)程稱為光時(shí)鐘恢復(fù)。提取出來(lái)的光時(shí)鐘信號(hào)可以作為后續(xù)進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)的時(shí)間基準(zhǔn)，從而用于光3R再生、復(fù)用/解復(fù)用、光交換等信號(hào)處理過(guò)程。本發(fā)明提供的用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的REC雙波長(zhǎng)激光器，通過(guò)非相干模式或者相干模式，實(shí)現(xiàn)全光時(shí)鐘恢復(fù)。為實(shí)現(xiàn)上述功能，本發(fā)明采用的具體實(shí)施方式
如下所述如圖2所示，本發(fā)明的REC雙波長(zhǎng)激光器包括第一 DFB(Distributed Feedback, DFB)激光器段17、第二 DFB激光器段18、以及設(shè)在第一 DFB激光器段17與第二 DFB激光器段18的連接處的電隔離區(qū)19。第一 DFB激光器段17、第二 DFB激光器段18及電隔離區(qū)19 均具有依次連接的外延層及依次連接的脊波導(dǎo)15結(jié)構(gòu)，外延層包括在包含下包層的襯底 6上生長(zhǎng)出的下波導(dǎo)層7、多量子阱有源層8、光柵層9、上波導(dǎo)層10、上包層11。脊波導(dǎo)15 結(jié)構(gòu)制作在上包層11上。如圖2所示，第一 DFB激光器段17及第二 DFB激光器段18還分別具有外延生長(zhǎng)在脊波導(dǎo)15結(jié)構(gòu)上的歐姆接觸層13、以及覆蓋或填平所述脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)兩側(cè)部分的SiO2絕緣層12。 并且，在N型襯底6上鍍有N電極5，在第一 DFB激光器段17及第二 DFB激光器段 18的歐姆接觸層13上鍍有P電極14，在光柵層9上制有光柵結(jié)構(gòu)。電隔離區(qū)19沒(méi)有P電極14和歐姆接觸層13，用以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)DFB激光器段之間的電隔離。第一 DFB激光器段17和第二 DFB激光器段18，具有相同的光柵結(jié)構(gòu)。其中，第一 DFB激光器段17和第二 DFB激光器段18的長(zhǎng)度均為300 500 μ m，電隔離區(qū)19的長(zhǎng)度為30 50 μ m。脊波導(dǎo)15的寬度為2 5 μ m。為增強(qiáng)光信號(hào)注入的強(qiáng)度，在所述器件的輸出端面16采用抗反射鍍膜，控制光的反射率在0.01% 10%之間。所述兩個(gè)DFB激光器的光柵結(jié)構(gòu)采用REC技術(shù)，如圖5所示。假設(shè)光柵抽樣周期 M為P，光柵中央抽樣周期跳變長(zhǎng)度25為D，抽樣光柵占空比為1/2。對(duì)于抽樣光柵結(jié)構(gòu)會(huì)有多階模式存在，作為主模的-1階模的等效相位變化θ為
權(quán)利要求
1.一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的REC雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，包括相互連接的第一 DFB激光器段、第二 DFB激光器段，以及設(shè)在第一 DFB激光器段與第二 DFB激光器段的連接處的電隔離區(qū)，所述第一 DFB激光器段、第二 DFB激光器段及電隔離區(qū)均具有依次相連的外延層及依次相連的脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，每個(gè)外延層包括依次外延生長(zhǎng)在N型襯底上的下包層、下波導(dǎo)層、多量子阱有源層、光柵層、上波導(dǎo)層、上包層，所述脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)制作在所述上包層上；所述第一 DFB激光器段及第二 DFB激光器段還分別具有外延生長(zhǎng)在所述脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上的歐姆接觸層、以及填平所述脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)兩側(cè)部分的絕緣層；并且，在所述N型襯底上鍍有N電極，在所述歐姆接觸層上鍍有P電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的REC雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，所述第一 DFB激光器段和第二 DFB激光器段的光柵層上均制有光柵結(jié)構(gòu)，所述光柵結(jié)構(gòu)具有相同的光柵周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的REC雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，所述第一 DFB激光器段和第二 DFB激光器段的光柵層為抽樣光柵結(jié)構(gòu)，并且在光柵層中央抽樣周期跳變半個(gè)周期，實(shí)現(xiàn)重構(gòu)等效啁啾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的REC雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，所述第一 DFB激光器段的長(zhǎng)度為300 500 μ m,所述第二 DFB激光器段的長(zhǎng)度為300 500 μ m， 所述電隔離區(qū)的長(zhǎng)度為30 50 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的REC雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，所述脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的脊波導(dǎo)的寬度為2 4 μ m，高度為0. 5 2. 5 μ m。
6.如權(quán)利要求1所述的全光時(shí)鐘恢復(fù)的REC雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于還包括設(shè)置在所述第一 DFB激光器段和第二 DFB激光器段之間的調(diào)相段，用于對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行調(diào)相，所述第一 DFB激光器段與所述調(diào)相段之間、及所述調(diào)相段與所述第二 DFB激光器段之間分別設(shè)置電隔離區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的REC雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，所述調(diào)相段不具有光柵結(jié)構(gòu)，且其結(jié)構(gòu)與所述第一 DFB激光器段或第二 DFB激光器段的結(jié)構(gòu)相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的REC雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，所述調(diào)相段的長(zhǎng)度為100 500 μ m，兩個(gè)電隔離區(qū)的長(zhǎng)度均為30 50 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的REC雙波長(zhǎng)激光器，其特征在于，其輸出端面采用抗反射鍍膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于全光時(shí)鐘恢復(fù)的基于重構(gòu)等效啁啾(reconstruction equivalent chirp，REC)技術(shù)的雙波長(zhǎng)激光器，屬于光通信領(lǐng)域的光電子器件技術(shù)領(lǐng)域。該光電子器件將兩個(gè)采用REC技術(shù)的分布反饋(DFB)半導(dǎo)體激光器集成在同一個(gè)襯底上，在襯底上依次外延下波導(dǎo)層、多量子阱有源層、光柵層、上波導(dǎo)層、上包層、歐姆接觸層。兩個(gè)分布反饋半導(dǎo)體激光器具有相同周期的光柵結(jié)構(gòu)，其光柵抽樣周期不同，從而造成兩個(gè)分布反饋激光器的激射光波長(zhǎng)存在一定差異，進(jìn)而可用于全光時(shí)鐘恢復(fù)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，制作工藝簡(jiǎn)單，將在未來(lái)的高速光纖通訊領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01S5/22GK102237637SQ20101016903
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者孫長(zhǎng)征, 武慶, 熊兵, 羅毅, 黃縉 申請(qǐng)人:清華大學(xué)