一種基于耦合器的硅基異質(zhì)集成可調(diào)諧激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及半導(dǎo)體激光器，尤其設(shè)及一種基于禪合器的娃基異質(zhì)集成可調(diào)諧 激光器。
【背景技術(shù)】
[0002] 可調(diào)諧激光器由于它很強(qiáng)的相干性，運(yùn)幾年在光電子器件領(lǐng)域都得到了相當(dāng)高的 關(guān)注，在波分復(fù)用、光交互聯(lián)、光路由、光調(diào)制、波長轉(zhuǎn)換等方面有廣泛應(yīng)用。而相對于其他 的例如基于分布式布拉格反射(DBR)的可調(diào)諧激光器需要制作光柵或者反射鏡等反饋結(jié)構(gòu) 提供反射機(jī)制，環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)緊湊，具有尖銳的濾波峰，因此一經(jīng)提出，就作為理想的選 模結(jié)構(gòu)應(yīng)用到很多半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)中。
[0003] 傳統(tǒng)的單個環(huán)形諧振腔禪合半導(dǎo)體激光器利用環(huán)形諧振腔尖銳的濾波特性來提 高激光器的邊模抑制比，線寬和調(diào)嗽特性。單環(huán)禪合的半導(dǎo)體激光器為了維持單模工作，通 常需要把環(huán)形諧振腔的彎曲半徑做的比較小來擴(kuò)大環(huán)形諧振腔的自由光譜范圍（FSR)，如 Seoijin Park等人在他們的文章"Single-Mode Lasing Operation Using a Microring Resonator as a Wavelength Selector"，IEEE J.Quantum Electron,Vol.38,pp270~ 273,2002中制作了直徑為5~20μπι的環(huán)形諧振器，其最大自由光譜范圍為42nm，W足夠大的 自由光譜范圍來保證激光器的單模工作。但小的彎曲半徑也會引入較大的波導(dǎo)彎曲損耗， 與此同時，小直徑環(huán)形諧振腔的禪合器的設(shè)計與制作也有很大的困難，通常需要使用電子 束光刻技術(shù)來制作相應(yīng)禪合比的方向禪合器。
[0004] 最近，基于半波禪合器的單環(huán)諧振腔禪合的半導(dǎo)體激光器受到很多的關(guān)注，如Lin Wu等人在他們的文章 "Double 化If-Wave-Coupled Rectangular I?ing-FP Laser with 35 XlOOGHz Wavelength Tuning"陸otonics Technology Letters28626-2014.R中利用兩個 串聯(lián)的有源環(huán)形諧振腔和主增益有源諧振腔通過兩個半波禪合器進(jìn)行禪合來實現(xiàn)激光器 的選模，并在1549.4nm~1576.7nm的范圍內(nèi)實現(xiàn)了無跳模調(diào)諧，并且最大的邊模抑制比達(dá) 到了41化。雙環(huán)諧振腔禪合的方式使對環(huán)形諧振腔半徑的限制大大放寬，雙環(huán)的游標(biāo)效應(yīng) 還能增加激光器的邊模抑制比，并能進(jìn)一步利用游標(biāo)效應(yīng)擴(kuò)大激光器的調(diào)諧范圍。但是，雙 環(huán)諧振腔禪合半導(dǎo)體激光器的反射鏡側(cè)面要求較高，制作工藝復(fù)雜，同時對于多模干設(shè)禪 合器結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)半波禪合器對于間隔和長度的影響非常敏感，運(yùn)對于激光器的工藝制作要 求和難度非常大，大大降低了成品率。 【實用新型內(nèi)容】
[000引針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種基于禪合器的娃基異質(zhì)集 成可調(diào)諧激光器。
[0006] 為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本實用新型采用的技術(shù)方案有W下Ξ種：
[0007] -、第一種基于禪合器的娃基異質(zhì)集成可調(diào)諧激光器
[0008] 本實用新型包括內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔，無源選模腔;無源選模腔內(nèi)的模 斑轉(zhuǎn)換器的一端與內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔連接;無源選模腔，包括傳輸波導(dǎo)，η相位 禪合器和無源環(huán)形諧振腔;η相禪合器有四個端口，第一端口經(jīng)第二調(diào)諧區(qū)與第一反射鏡連 接，第二端口經(jīng)傳輸波導(dǎo)與模斑轉(zhuǎn)換器的另一端連接;第Ξ端口第四端口分別與無源環(huán)形 諧振腔連接，無源環(huán)形諧振腔內(nèi)有第一調(diào)諧區(qū)；第一調(diào)諧區(qū)的光程占無源環(huán)形諧振腔的總 光程的比例和第二調(diào)諧區(qū)的光程占內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔和無源選模腔內(nèi)的傳輸 波導(dǎo)的總光程的比例相等。
[0009] 二、第二種基于禪合器的娃基異質(zhì)集成可調(diào)諧激光器
[0010] 本實用新型包括內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔，無源選模腔;無源選模腔內(nèi)的模 斑轉(zhuǎn)換器的一端與內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔連接;無源選模腔，包括傳輸波導(dǎo)，η相位 禪合器，V2相位禪合器和兩個無源環(huán)形諧振腔;V2相位禪合器有四個端口，第一端口經(jīng)第 二調(diào)諧區(qū)與第一反射鏡連接，第二端口經(jīng)傳輸波導(dǎo)與模斑轉(zhuǎn)換器的另一端連接;第Ξ端口 第四端口分別與第一無源環(huán)形諧振腔連接，第一無源環(huán)形諧振腔內(nèi)有第一調(diào)諧區(qū);η相位禪 合器有四個端口，第一端口和第二端口分別與第一無源環(huán)形諧振腔連接，第Ξ端口第四端 口分別與第二無源環(huán)形諧振腔連接，第二無源環(huán)形諧振腔內(nèi)有第一調(diào)諧區(qū)；兩個第一調(diào)諧 區(qū)的光程占各自無源環(huán)形諧振腔的總光程的比例和第二調(diào)諧區(qū)的光程占內(nèi)部帶有增益區(qū) 的有源諧振腔和無源選模腔內(nèi)的傳輸波導(dǎo)的總光程的比例相等。
[0011] Ξ、第Ξ種基于禪合器的娃基異質(zhì)集成可調(diào)諧激光器
[0012] 本實用新型包括內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔，無源選模腔;無源選模腔內(nèi)的模 斑轉(zhuǎn)換器的一端與內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔連接;無源選模腔，包括傳輸波導(dǎo)，兩個η 相禪合器和兩個無源環(huán)形諧振腔;兩個η相禪合器均有四個端口，第一31相禪合器的第一端 口經(jīng)第二調(diào)諧區(qū)與第一反射鏡連接，第二端口經(jīng)傳輸波導(dǎo)與第二η相禪合器的第一端口連 接，第Ξ端口第四端口分別與第一無源環(huán)形諧振腔連接，第一無源環(huán)形諧振腔內(nèi)有第一調(diào) 諧區(qū)；第二η相禪合器的第二端口經(jīng)傳輸波導(dǎo)與模斑轉(zhuǎn)換器的另一端連接;第Ξ端口第四端 口分別與第二無源環(huán)形諧振腔連接，第二無源環(huán)形諧振腔內(nèi)有第一調(diào)諧區(qū)；兩個第一調(diào)諧 區(qū)的光程占各自無源環(huán)形諧振腔的總光程的比例和第二調(diào)諧區(qū)的光程占內(nèi)部帶有增益區(qū) 的有源諧振腔和無源選模腔內(nèi)的傳輸波導(dǎo)的總光程的比例相等。
[0013] W上Ξ種基于禪合器的娃基異質(zhì)集成可調(diào)諧激光器，所述內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源 諧振腔是環(huán)形諧振腔或法布里-巧羅諧振腔，是基于有源量子阱材料，輸出ΤΕ模，通過倒裝 焊接或鍵合將增益忍片異質(zhì)集成到基于SOI材料的無源選模腔上;所述第一調(diào)諧區(qū)和第二 調(diào)諧區(qū)通過各自電極正向注入電流或施加反向電壓實現(xiàn)電調(diào)諧，或通過鍛上儀銘合金并注 入正向電流來實現(xiàn)熱調(diào)諧;所述η相位禪合器，由Ξ根由等間距排列的波導(dǎo)構(gòu)成，或多模干 設(shè)禪合器來實現(xiàn)。
[0014] 所述模斑轉(zhuǎn)換器，采用漸變波導(dǎo)寬度的模形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)有源量子阱波導(dǎo)和 無源SOI波導(dǎo)的模斑匹配。
[0015] 本實用新型與【背景技術(shù)】相比，具有的有益效果是：
[0016] 本實用新型需要單個或多個環(huán)形諧振腔配合一個有源諧振腔來實現(xiàn)半導(dǎo)體激光 器的單模工作，其中：采用的π相位禪合器，相比較W往的V2相位禪合器具有很強(qiáng)的選模特 性，從而使激光器的各個性能得到提升;采用的半波禪合器由于采用SOI材料，理論上可W 獲得完美的η相位，性能和效果都可W達(dá)到最好，而且制作工藝也相對簡單，并且容差也很 大;采用的無源SOI選模腔既可W做在有源諧振腔內(nèi)也可W做在腔外，運(yùn)在設(shè)計上可W獲得 更大的自由度;采用的無源SOI環(huán)形諧振腔的直徑大小不受限制，尺寸大大減少，簡化了制 作工藝;采用的無源SOI環(huán)形諧振腔既可W并聯(lián)也可W串聯(lián)多個環(huán)來尋求更優(yōu)的性能，W及 更大的調(diào)諧范圍；采用的模斑