基于重构-等效啁啾技术的备份型半导体激光器制造技术

一种基于重构-等效啁啾技术的备份型半导体激光器，备份型激光器中包含了两个并列的半导体DFB激光器，呈并列分布且距离间隔为15微米至50微米；其中每个激光器都是基于重构-等效啁啾技术对取样布拉格光栅结构加入等效相移，并且激光器所使用的激射信道是由该取样布拉格光栅的+1级子光栅或-1级子光栅提供。本发明专利技术使得并列的两个激光器中必有一个激光器是处在单模的工作状态，因此可以在不增加工艺成本的基础上，消除一般高反-低反镀膜激光器单模成品率低的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电子
，设及光纤通讯和光子集成，提出了备份型半导体激 光器的结构设计和制作方法，可在不增加制造成本的基础上提高单模成品率。
技术介绍
光通信在近几十年发展迅速，也逐渐成为了最主流的信息传输方式，其主要原因 有=个：一、光具有极大的带宽，一般有几百个T化远大于传统电磁波信号，因此可W同时 传输大量的信息；二、光可W很容易被传导，用来传导光信号的光纤成本损耗都很低，同时 抗干扰能力强；=、光的产生和探测得到了极大的发展，都可W在基于半导体的材料中实 现，并且较容易制造。而在光源部分，半导体激光器有着体积小、能耗低、可靠性高并且 可高速调制等诸多优点，成为了光通信系统中的核屯、器件。半导体激光器有很多种类，可 W按波长和结构分类。如630~680皿的InGaAlP激光器，通讯波段1310皿和1550皿的 InGaAsP激光器，远红外的InGaAs/AlAs訊的量子级联激光器。根据有源区结构可W分为量 子阱激光器，量子线激光器和量子点激光器，其中通信用的激光器主要为量子阱激光器。对 于半导体激光器的谐振腔结构和功能，有法布里-泊罗（F-巧激光器，分布反馈式值FB)激 光器，分布布拉格反射式值BR)激光器，垂直腔面发射激光器（VCSEL)等巧]。 由于良好的单模特性和优异的波长控制特性，DFB激光器成为了通讯上主流的激 光器，其主要结构为在有源区附近增加一段光栅结构形成折射率禪合或者增益禪合，从而 实现波长选择。其中折射率禪合是指光栅结构刻制在有源区旁，对激射后产生的光进行波 长选择性的反馈；而增益禪合是指将光栅结构刻制在有源区，造成有源区的增益周期性变 化，进而形成增益禪合。对于增益禪合的均匀光栅DFB激光器结构，在光栅的布拉格波长 处，它的谐振腔损耗最小，也就意味着一个对应的激射模式，然而增益禪合的DFB激光器制 造工艺复杂，制造陈本高且成品率低，同时，由于其原理是通过引入损耗的方法来引起增益 变化，所W增益禪合激光器的阔值也相对较高。因此，增益禪合的DFB激光器并没有在实际 的光通信系统中广泛应用。而对于均匀光栅的折射率禪合的DFB激光器结构，理论上存在 两个波长距离很近的简并激射模，单模成品率很低从而在实际应用中色散过于严重而不合 适远距离传输。但采用端面锻膜和加入相移的方法能大幅度地提高单模成品率。其中加入 相移的方法可W在光光栅的反射谱中屯、产生一个缺陷，从而保证该激射的光被严格限制在 运个波长位置，可W很好的保证单模的特性，也在产业上得到了很广泛的应用。然而，在光 栅中间引入相移的方法也有不足，一方面，由于光栅的周期在250皿左右，相移的引入的尺 寸一般在125nm，因此需要十分高精度的加工手段，一般是电子束曝光，该方法的加工成本 高，而且效率低；另一方面，由于激光器两端都要进行低反锻膜（反射会影响其单模性质和 波长准确性），从而导致只有一个端面的光可W得到利用而另一端面的光会被浪费，其能量 利用率下降。 采用端面锻膜的方法（一端高反，另一端低反）也可W很有效地提高单模成品率， 其光栅即为均匀光栅，可W使用全息曝光的方法制造，其工艺流程有着速度快，均匀性好等 优点；同时，端面锻膜的方法可W将一端的光发射回来而全部从另一端出射，成倍地增大了 能量的利用率。然而端面锻膜的方法也有一个问题，就是对高反端面光栅相位的高敏感性 巧]。端面的光栅相位是光栅的起点位置在一个光栅周期中所在的位置，其中一整个光栅周 期被认为是2 31的相位。当高反端面的光栅相位为31附近时，该激光器可W获得良好的单 模特性，而当该光栅相位为O或者2 31附近时，该激光器的单模特性很差。 陈向飞等人在2006年提出的重构-等效调嗽技术，能够通过常规全息曝光和 微米级光刻等简单的技术，在激光器中实现等效相移从而产生单模的激光激射。同时，对于 重构-等效调嗽技术，其原理是在取样光栅的± 1级次的子光栅中等效实现相移或者其他 光栅的响应谱形状，同时，对于取样光栅的±1级次的子光栅，其等效的端面相位是由取样 光栅的端面相位和种子光栅的端面相位共同决定的。[000引参考文献： D.J.Klotzkin,Introductiontosemiconductorlasersforoptical communications:Anappliedapproach(光通信用半导体激光器概述：一个应用的方 法），Sprin邑er, 2014 周亚亭，新型分布反馈式半导体激光器及其阵列研究，博±论文，2012 L.A.Coldren,Diodelasersandphotonicintegratedcircuits2"'^ edition(激光器二极管和集成光路），Wiley, 2012 陈向飞，"基于重构-等效调嗽技术制备半导体激光器的方法及装置"，中国发 明专利申请：CN200610038728. 9,国际PCT专利，申请号PCT/CN2007/000601.
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出了用于基于重构-等效调嗽技术的备份型半导体激光器 及制作方法，该结构通过备份技术可W有效地提高高反-低反锻膜激光器的单模成品率， 同时不增加工艺成本。该方法的原理是利用重构-等效调嗽技术中取样的端面相位对激光 器激射时的等效端面相位的调控来提高激光器激射的单模成品率。 本专利技术的技术方案：基于重构-等效调嗽技术的备份型半导体激光器及制作方 法，其特征是该备份型激光器中包含了两个并列的半导体DFB激光器，呈并列分布且距离 较短，为15微米至50微米；其中每个DFB激光器都是基于重构-等效调嗽技术，即光栅采 用的是取样布拉格光栅结构，对取样布拉格光栅结构加入等效相移；并且激光器所使用的 激射信道是由该取样光栅的+1级子光栅或-1级子光栅提供，通过改变该取样光栅的取样 周期可W改变+1级和-1级子光栅的位置从而改变激射波长。该等效相移的大小为n/2至 3 31 /2,该相移的位置为在激光器腔内中屯、区域，具体位置为激光器腔内中屯、偏左20 %腔长 至中屯、偏右20 %腔长处。 该激光器中的两个激光器结构的取样光栅拥有不同的初始相位，运两个光栅的初 始相位存在一个固定的差值，从n/2至3 31/2,尤其是取31 ;该取样光栅的制作方法分为两 步：第一步为全息曝光的方法制作均匀光栅，第二步为使用设计好的掩膜版通过普通的光 刻来制作取样光栅的形状，因此只需通过改变取样掩膜版的结构就可W实现此不同相位的 取样光栅。 在该备份型激光器的两个并列的激光器的光栅中，通过重构-等效调嗽的方法加 入一个等效相移，该等效相移的大小为n/2至3 31 /2,该相移的位置为在激光器腔内中屯、 区域，具体位置为激光器腔内中屯、偏左20%腔长至中屯、偏右20%腔长处。 在该激光器中取样结构中引入等效切趾结构，通过沿激光器腔长方向改变取样占 空比实现切趾，具体为W激光器的高反端为起点向低反端面逐步降低或增加光栅的取样占 空比，占空比从0. 5线性变化到0. 2或0. 8,从而增加激光器的单模成品率。 所述的基于重构-等效调嗽技术的备份型半导体激光器的制造方法，其特征是将 激光器顶部的电极安排为对称结构，即为W此二激光器的交界线为镜面对称，该方法可W 在不本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于重构‑等效啁啾技术的备份型半导体激光器，其特征是备份型激光器中包含了两个并列的半导体DFB激光器，呈并列分布且距离间隔为15微米至50微米；其中每个激光器都是基于重构‑等效啁啾技术对取样布拉格光栅结构加入等效相移，并且激光器所使用的激射信道是由该取样布拉格光栅的+1级子光栅或‑1级子光栅提供，通过改变该取样布拉格光栅的取样周期改变+1级和‑1级子光栅的位置从而改变激射波长。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖如磊，陈向飞，陆骏，施跃春，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32