一种多波长阵列激光器及其制造方法和使用方法技术

本发明专利技术涉及激光器技术领域，提供了一种多波长阵列激光器及其制造方法和使用方法。所述激光器包括至少两个DBR激光器，DBR激光器包括有源区结构和光栅区结构，DBR激光器的光栅区结构包括一个或者多个光栅区，各光栅区相隔指定长度；其中，采用具有相同光栅周期的光栅构成各DBR中的光栅区；在各DBR激光器中，由各自的一光栅区长度和相应光栅区相隔的一指定长度所构成的取样长度值，是根据该DBR激光器所要激射的波长所确定。本发明专利技术通过对光栅进行不同周期的取样制作，使得不同DBR激光器的激射波长不同，实现低成本的多波长阵列激光器，通过取样光栅设计及有源区设计，可以使得激光器阵列中各个激光器性能具备高度的一致性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光器
，特别是涉及一种多波长阵列激光器及其制造方法和使用方法。
技术介绍
半导体激光器是光纤通信系统中的重要光源。它体积小，效率高，十分适合光纤通信系统中使用。目前光纤通信系统普遍使用波分复用方式的增加单根光纤的通信容量。在不同信道使用不同的波长进行通信传输。传统的通信光源采用分立的激光器，器件体积大，功耗高，成本高昂。单片集成芯片具有体积小，功耗低等优势，能够降低系统的运营成本。因此将多个不同波长激光器集成在一起的多波长阵列激光器相比传统的单波长激光器就具备了相当的优势，成为了下一代光通信芯片的核心组成部分。具体来说在未来的光子集成芯片中，为适应密集波分复用的要求，光源必须是多波长的，因此如何得到低成本，功能强大，适应性广的多波长光源就是未来光子集成芯片所遇到的最大问题。传统的多波长阵列激光器使用分布反馈式(Distributed Feedback Diode Lasers，简写为：DFB)激光器作为单元激光器。在不同DFB激光器内刻写不同周期的光栅实现各个DFB激光器多波长同时输出。但是采用DFB激光器存在三个问题。首先，DFB激光器激射波长较为固定。即使使用热调谐，激光器可调谐范围依然较小，因此为实现较大范围的多波长激射，必须采用多个不同周期的光栅，在同一个晶圆上进行多个不同周期光栅的加工通常需要使用高精度的微纳加工设备，诸如：电子束光刻(Electron Beam Lithography，简写为：EBL)等，加工成本较高。其次，由于DFB激光器激射波长受加工重复性，加工精度及环境偶然因素等的影响一般会与预设波长存在一定的偏差，因此为保证最终的输出波长精度需要采用一定的波长矫正机制。DFB阵列激光器应对这种问题一般采用附加的加热电极进行波长矫正。但是由于热串扰的存在使得DFB阵列激光器之间的热调谐不是完全独立的。同时热调谐与热串扰带来的波长漂移是同方向的，这使得热调谐矫正机制不仅矫正能力弱，同时矫正算法也很复杂。利用热效应进行调谐也存在调谐速度慢的问题。其三，为减小芯片尺寸，并联的DFB激光器应该尽可能减少横向的间隔，但是减小横向间隔会带来激光器之间热串扰及热调谐电极之间热串扰的急剧增加，导致激光器激射波长更加偏离预设值。为减小这种不利的影响，一般DFB激光器阵列的横向间距都比较大，这极大的浪费了芯片面积，增加了阵列芯片成本。采用分布式布拉格反射(Distributed Bragg Reflector，简写为：DBR)激光器阵列可以较好的解决这一问题。DBR激光器的激射波长一般是采用电调谐的方式，调谐速度快，调谐范围大，附加的热串扰相比于DFB激光器阵列采用的热调谐来说都比较小，并且电调谐与热串扰带来的波长漂移方向是反向的，以上这些因素都降低了波长矫正控制算法的复杂度，提高了波长矫正的响应速度。因此DBR激光器阵列相比于DFB激光器阵列在波长精度上具备相当的优势。在未来的光通信领域具备取代目前DFB激光器阵列的能力。但是单个DBR激光器调谐范围一般不超过15nm，因此当激光器阵列激射波长要覆盖大于15nm波长范围时，普通的采用同一均匀光栅的DBR激光器就显得无能为力。并且即使在激光器阵列激射波长覆盖范围小于DBR激光器调谐范围，采用同一相同的DBR激光器阵列也存在一个重要问题，即当阵列中的波长需要激光器调谐到最大范围(即覆盖15nm波长临界值)时，由于调谐导致的附加波导损耗等，激光器性能会劣化，致使激光器阵列中各个激光器功率、边模抑制比(Side-Mode Suppression Ratio,简写为：SMRS)等存在较大差异，不利于系统的应用。利用起始波长不同的DBR激光器可以较好的解决上述问题，但是该方案也存在一个十分严峻的技术难题，限制了其在光通信领域的应用。因为起始波长不同的DBR激光器通常需要使用不同周期的光栅，目前在同一晶圆上能够实现多周期光栅高效制作的仅有电子束光刻一种手段。电子束光刻是目前最为先进的微纳加工手段，但是也存在加工耗时长，加工成本昂贵及设备昂贵的问题，限制了电子束光刻在大规模工业化生产中的使用。因此在大规模商用DBR激光器阵列之前，找到一种可以低成本替代传统的多周期均匀光栅的新型光栅就成为了普及这种高性能激光器阵列的关键。
技术实现思路
专利技术人在研究过程中发现同时作为阵列器件，一般情况下，单元激光器的各项指标及驱动条件希望相同，过大的差异会加重控制系统的负担，增加信号间的串扰，劣化信号的传输质量。因此在实现阵列芯片多波长激射的同时，保证单元芯片的特性一致性也非常重要。本专利技术要解决的技术问题是提供一种多波长阵列激光器的解决方案，能够解决组成该多波长阵列激光器的各单元激光器之间，指标及驱动条件不一致所带来的加重控制系统的负担，增加信号间的串扰，劣化信号的传输质量的问题。本专利技术进一步要解决的技术问题是提供该多波长阵列激光器的制造方法和使用方法。本专利技术采用如下技术方案：第一方面本专利技术提供了一种多波长阵列激光器，包括至少两个分布式布拉格反射激光器，每一个分布式布拉格反射激光器包括有源区结构和光栅区结构，每一个分布式布拉格反射激光器的光栅区结构包括一个或者多个光栅区，各光栅区相隔指定长度；其中，采用具有相同光栅周期的光栅构成各分布式布拉格反射激光器中的光栅区；在各分布式布拉格反射激光器中，由各自的一光栅区长度和相应光栅区相隔的一指定长度所构成的取样长度值，是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确定。优选的，每一个分布式布拉格反射激光器对应生成多波长阵列激光器中的一指定波长的激光，则所述取样长度值是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确定，具体包括：所述取样长度值的设定，满足所述光栅区结构自身的取样光栅梳状反射谱的1级反射峰或-1级反射峰所处的波长，和分布式布拉格反射激光器所要激射的波长相同。优选的，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源区结构和光栅区结构之间，还包括相位区结构，具体的：所述有源区结构、相位区结构以及光栅区结构依序纵向相连，各区结构分别设置有电极；其中，有源区结构上的电极用于有源区的电流注入，相位区结构上电极及光栅区结构上电极用于对波导进行电流注入或者通过加热的方式改变相位区波导及光栅区波导的有效折射率。优选的，所述各分布式布拉格反射激光器的取样光栅梳状反射谱之间的1级反射峰的反射率小于5％，或者取样光栅梳状反射谱之间的-1级反射峰的反射率小于5％。第二方面本专利技术提供了一种多波长阵列激光器的制造方法，包括：在晶圆上对用于制作多波长阵列激光器的各分布式布拉格反射激光器的有源区结构部分和/或相位区结构部分进行掩膜处理，并利用全息曝光法在光栅区结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅区；其中，各分布式布拉格反射激光器中各光栅区的间隔根据所要激射的波长设定；在所述有源区结构部分生长完成有源区结构，在所述已完成光栅区制作的光栅区结构部分生长完成光栅区结构和/或在相位区结构部分生长完成相位区结构。优选的，所述利用全息曝光法在光栅区结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅区，具体包括：将光栅区结构部分对于非光栅区进行掩膜处理；设置全息曝光的光栅周期为指定值Λ，对所述光栅区结构部分进行全息曝光；或者，设置全息曝光的光栅周期为指本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多波长阵列激光器，包括至少两个分布式布拉格反射激光器，每一个分布式布拉格反射激光器包括有源区结构和光栅区结构，其特征在于：每一个分布式布拉格反射激光器的光栅区结构包括一个或者多个光栅区，各光栅区相隔指定长度；其中，采用具有相同光栅周期的光栅构成各分布式布拉格反射激光器中的光栅区；在各分布式布拉格反射激光器中，由各自的一光栅区长度和相应光栅区相隔的一指定长度所构成的取样长度值，是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确定。

【技术特征摘要】
1.一种多波长阵列激光器，包括至少两个分布式布拉格反射激光器，每一个分布式布拉格反射激光器包括有源区结构和光栅区结构，其特征在于：每一个分布式布拉格反射激光器的光栅区结构包括一个或者多个光栅区，各光栅区相隔指定长度；其中，采用具有相同光栅周期的光栅构成各分布式布拉格反射激光器中的光栅区；在各分布式布拉格反射激光器中，由各自的一光栅区长度和相应光栅区相隔的一指定长度所构成的取样长度值，是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确定。2.根据权利要求1所述的多波长阵列激光器，其特征在于，每一个分布式布拉格反射激光器对应生成多波长阵列激光器中的一指定波长的激光，则所述取样长度值是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确定，具体包括：所述取样长度值的设定，满足所述光栅区结构自身的取样光栅梳状反射谱的1级反射峰或-1级反射峰所处的波长，和分布式布拉格反射激光器所要激射的波长相同。3.根据权利要求1所述的多波长阵列激光器，其特征在于，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源区结构和光栅区结构之间，还包括相位区结构，具体的：所述有源区结构、相位区结构以及光栅区结构依序纵向相连，各区结构分别设置有电极；其中，有源区结构上的电极用于有源区的电流注入，相位区结构上电极及光栅区结构上电极用于对波导进行电流注入或者通过加热的方式改变相位区波导及光栅区波导的有效折射率。4.根据权利要求1-3任一所述的多波长阵列激光器，其特征在于，所述各分布式布拉格反射激光器的取样光栅梳状反射谱之间的1级反射峰的反射率小于5％，或者取样光栅梳状反射谱之间的-1级反射峰的反射率小于5％。5.一种多波长阵列激光器的制造方法，其特征在于，包括：在晶圆上对用于制作多波长阵列激光器的各分布式布拉格反射激光器的有源区结构部分和/或相位区结构部分进行掩膜处理，并利用全息曝光法在光栅区结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅区；其中，各分布式布拉格反射激光器中各光栅区的间隔根据所要激射的波长设定；在所述有源区结构部分生长完成有源区结构，在所述已完成光栅区制作的光栅区结构部分生长完成光栅区结构和/或在相位区结构部分生长完成相位区结构。6.根据权利要求5所述的多波长阵列激光器的制造方法，其特征在于，所述利用全息曝光法在光栅区结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅区，具体包括：将光栅区结构部分对于非光栅区进行掩膜处理；设置全息曝光的光栅周期为指定...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建宜，王任凡，张明洋，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，武汉电信器件有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42