本发明专利技术公开了一种基于重构-等效啁啾技术的分布耦合系数DFB激光器,激光器腔内的分布耦合系数光栅是基于重构-等效啁啾技术设计的等效相移光栅，所述取样光栅含有对应普通布拉格光栅的等效光栅和等效相移，等效相移区的位置在取样布拉格光栅结构的中心位置；通过改变取样占空比使腔内光栅的折射率调制强度呈中间小、两端大的分布方式，即使等效相移左右两侧的耦合系数小、两端大的分布方式，有效减弱空间烧孔效应的影响，提高激光器的单纵模稳定性,提高激光器阵列波长间隔的准确性。
【技术实现步骤摘要】
:本专利技术属于光电子
，涉及含有相移的分布反馈(DFB)激光器及其阵列的制备方法，涉及光通信、光子集成、光电传感及其他光电信息领域的应用器件。
技术介绍
:DFB半导体激光器是指分布式反馈激光器，内置布拉格光栅反馈的激光器。由于DFB激光器内部光栅的很好的滤波特性，能够筛选出各种不同波长。近年来光通信的信息容量呈现爆炸式的增长，而承载这个庞大网络通讯的是光纤和各种光通讯器件组成的光纤网络系统。目前，光网络主要有各种分立的光子器件组成。它们由独立的结构，独立的封装等制作方法实现。但随着光信息容量的进一步增加，目前的分立光器件的组成形式将带来很多问题。比如系统非常复杂庞大，能耗大量增加，管理成本也迅速增加。这些问题导致现有的网络实现方法将很难进一步维持下去。为了解决这些问题，光子集成技术被普遍认为是该问题的主要解决方法而受到广泛的关注和研宄。光子集成回路和目前的电子集成回路是等价的。它将很多个功能的光子器件集成在同一个半导体衬底上，以实现一个特定的功能。比如美国英飞朗公司(Infinera Corp.)将10个光探测器、多波长DFB半导体激光器、电吸收调制器、放大器以及一个阵列波导光栅(AWG)集成在一个InP衬底上实现10 X 1Gb/s的波分复用(WDM)发射芯片。在很多光子集成芯片中都需要多波长激光器光源。因此集成多波长DFB半导体激光器阵列是其中非常关键的元件。但是，它的低成本制造目前还比较困难。对于单个DFB半导体激光器阵列的制造主要有两方面的关键问题。其一，DFB激光器阵列中每个激光器波长的准确以及单独的控制，这需要每个激光器光栅周期的准确控制。其二，一个多波长阵列的成品率是每个激光器成品率的激光器个数的指数倍，所以如果整个阵列芯片有比较好的成品率，每个激光器需要很高的成品率。对于上面的两个问题，目前主要的解决方法有，利用电子束曝光技术精确控制每一个激光器的光栅周期，同时在光栅中间位置插入π相移。同时，激光器两端镀增透膜或者制作倾斜的谐振腔波导，避免因端面反射和端面随机相位的影响。这样每个激光器的激射波长完全处于Bragg光栅光谱的禁带中心。避免了端面的随机相位对波长的影响，而且在理论上有100%的单模特性成品率。因此，高功率、单纵模、窄线宽的分布反馈式(DFB)半导体激光器作为现代光纤通信技术的核心光源。π相移激光器在腔的中心位置引入了 λ/4相移，但是λ/4相移结构使激光器的光场分布在腔的中心位置不连续，并在中心位置出现尖峰，中心部位光场的高度集中导致此处的载流子大量消耗，从而出现空间烧孔效应。空间烧孔效应改变了谐振腔内光反馈的强度和相位，引起增益谱的起伏波动，会导致对边摸抑制作用的减弱，光功率曲线呈现非线性，不能保证单纵模工作，线宽难以做的更窄。为了解决在λ/4相移激光器中烧孔效应的问题，研宄人员提出了各种特殊结构，如多相移结构MPS，多电极结构MEL以及两者的混合。近期，Kotaki提出了分布式耦合系数的DFB激光器，通过改变光栅皱褶沿激光腔的高度分布来实现光栅耦合系数的分布。虽然理论和实验都验证该方法具有明显效果，但是由于该过程是通过电子束曝光来实现，具有接缝误差并且十分耗时和昂贵，同时需要精细地控制刻蚀深度，制作难度很大并其大规模应用受到很大限制。文献和专利“基于重构-等效啁啾技术制备半导体激光器的方法及装置”(CN200610038728.9，PCT/CN2007/000601)在该问题的解决上走出了关键的一步。文中提出，利用一个光纤布拉格光栅的设计技术一一重构-等效啁啾技术来设计DFB半导体激光器。重构-等效啁啾技术最早被应用于光纤光栅的设计，可追溯到2002年冯佳、陈向飞等人在中国专利技术专利“用于补偿色散和偏振模色散的具有新取样结构的布拉格光栅”(CN0213383.8，授权公告号:CN1201513)中提出的通过引入取样布拉格光栅的取样周期啁啾CSP来获得所需要的等效光栅周期啁啾CGP的方法。提出等效啁啾最早的文献可参考Xiangfei Chenet.al, “Analytical express1n of sampled Bragg gratings with chirp in thesampling per1d and its applicat1n in dispers1n management design in a WDMsystem” (带有取样周期啁啾的取样布拉格光栅的分析表达式和它在波分复用系统色散管理中的应用)，IEEE Photonics Technology Letters, 12，pp.1013-1015，2000。该技术最大的优点是，种子光栅的周期和折射率调制不变，改变的仅仅是取样结构。通过改变取样结构，任意大小的相移啁啾，能够等效地引入到周期结构对应的子光栅(某一个信道)中，得到我们所需要的任意目标反射谱。由于取样周期一般几个微米，所以该方法利用亚微米精度实现了纳米精读的制造。更重要的是，该技术可以与当前的电子集成(IC)印刷技术相兼容。文献给出了基于该技术的λ/4等效相移DFB半导体激光器的实验验证。由于这种技术设计的激光器改变的仅仅是取样结构，所以利用全息曝光技术和振幅掩膜版就能实现低成本的规模化生产。李静思，贾凌慧，陈向飞在中国专利技术专利“单片集成半导体激光器阵列的制造方法及装置”(申请号:200810156592.0)中指出了依据该技术可以在同一个晶片上，通过改变取样周期而改变不同激光器的激射波长，这个低成本单片集成高性能DFB半导体激光器阵列的制造带来了新的曙光。与此同时，文献和陈向飞，段玉喆，李栩辉等的中国专利技术专利“变占空比的取样光纤光栅及其切趾方法”(申请号:02117328.1)和施跃春、陈向飞、李思敏等的中国专利技术专利“基于重构-等效啁啾和等效切趾技术的平面波导布拉格光栅及其激光器”(申请号:200910264486)中研宄了光纤光栅和平面波导布拉格光栅的等效切趾技术，文献中的结果表明，如果改变取样布拉格光栅的占空比，切趾会等效地引入取样光栅的子光栅中，而无需改变实际种子光栅的折射率调制强度和光栅周期。本专利技术提出一种基于重构-等效啁啾技术的等效分布式耦合系数的取样光栅及其DFB半导体激光器，等效分布式耦合系数取样光栅是基于重构-等效啁啾技术的取样结构、通过等效啁啾技术引入等效相移，并在等效相移区的左右两侧进行取样光栅取样占空比的分布式设计，从而达到等效分布式耦合系数的作用，实现利用改变光栅皱褶高度的分布式耦合系数光栅的等效功能，可以用来制作单纵模的DFB半导体激光器和多波长DFB半导体激光器阵列。相比于改变光栅褶皱高度实现的分布式耦合系数，这种基于重构-等效啁啾技术的等效分布式耦合系数的光栅及其DFB激光器的制造方法更简单、成本低、设计灵活。引用文献: David F.Welch, et al, Large-scale InP photonic integratedcircuits !Enabling efficient scaling of optical transport networks (大规模铟磷基光子集成回路:光传输网的有效解决方案)，IEEE Journal of selected top本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于重构‑等效啁啾技术的分布耦合系数DFB激光器，其特征在于分布耦合系数DFB激光器腔内的分布耦合光栅是基于重构‑等效啁啾方法(REC)设计的等效相移光栅(取样光栅)，所述取样光栅含有对应普通布拉格光栅的等效光栅和等效相移，等效相移区的位置在取样布拉格光栅结构的中心位置；将激光腔分成四段，每段的长度和耦合系数是关于相移区对称的，激光器腔内中央两侧（即等效相移两侧）的一定长度范围内等效相移光栅即取样光栅的耦合系数(κ2)小于靠近两端一定长度范围内取样光栅的耦合系数(κ1)，耦合系数的不同的取样光栅是通过改变取样占空比来实现。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈向飞，肖如磊，郑俊守，栾佳，陆骏，
申请(专利权)人：江苏微宁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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