本发明专利技术公开了一种反馈式半导体激光器的调控装置，属于半导体器件领域，包括：器件区和电流反馈补偿区，器件区包括分布反馈激光器区、无源反馈区和有源反馈区，分布反馈激光器区的有源层为多量子阱结构；无源反馈区通过电光效应来调控反馈相位；有源反馈区能对信号光产生增益，补偿无源反馈区引入的损耗；激光器自身的驰豫振荡频率和反馈引入的光子光子谐振频率是激光器小信号频率响应的两个峰值。当半导体器件的温度高于初始温度时，电流反馈补偿区用于改变注入两个反馈区的电流以改变PPR频率的位置，从而对驰豫振荡频率降低进行补偿，使器件的调制带宽保持在较高值，因为无需为器件额外设置制冷装置，器件能耗较低，运行成本降低。成本降低。成本降低。
【技术实现步骤摘要】
一种反馈式半导体激光器的调控装置
[0001]本专利技术属于半导体激光器件领域，更具体地，涉及一种反馈式半导体激光器的调控装置。
技术介绍
[0002]直接调制半导体激光器具有成本低、体积小、可批量生产等优势，在低成本光纤通信应用中已经得到广泛应用。随着对数据传输速率的要求越来越大，在数据中心的巨大需求下，高速分布反馈半导体激光器已经成为了核心光源。然而分布反馈激光器的调制带宽受到激光寄生常数、阻尼及驰豫振荡频率的限制，且调制输出的光信号伴随有频率啁啾等现象。同时，随着温度升高，由于俄歇复合的增加，激光器的阈值电流迅速增大，且激光器的微分增益迅速下降，使得激光器的驰豫振荡频率下降，进而限制了激光器的调制带宽。如何提高半导体激光器的调制带宽，更重要的改善其高温特性，是半导体激光器件面临的重要技术挑战。
[0003]为了提高半导体激光器调制带宽，通常采取的优化措施包括：减小器件阻抗以减小激光寄生常数，优化量子阱结构以提高激光器微分增益，采用掩埋异质结结构以减小有源区宽度等；比较新颖的优化措施包括：利用失谐加载效应使得激射波长与反射峰值波长不一致提高微分增益，利用光子光子谐振(PPR)效应，通过引入光反馈使主模和边模产生竞争，加快消耗载流子以提高小信号频率响应，此时引入的PPR频率为主模与边模的频率差。为了优化半导体激光器的高温特性，通常采取的优化措施包括：采用温度特性好、微分增益高的AlGaInAs材料，而且通常需要额外的温度补偿电路，结构复杂，功耗大。
[0004]当利用PPR效应改善激光器在常温下的调制带宽时，若激光器工作温度升高，由于驰豫振荡频率的降低，与PPR频率的间隔变大，在两个频率之间的某个频率的响应会提前达到
‑
3dB，导致激光器的调制带宽大幅减小。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种反馈式半导体激光器的调控装置，其目的在于通过电流反馈补偿区改变向器件区中无源反馈区和有源反馈区施加的电流，使得PPR频率相应减小，补偿温度升高对器件阈值电流和微分增益的影响，从而保证激光器的高带宽，实现宽工作温度范围、高调制带宽的半导体激光器件，并且不需要设置额外的制冷装置，减小了功耗。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种反馈式半导体激光器的调控装置，包括器件区和电流反馈补偿区，器件区从左到右包括分布反馈激光器区、无源反馈区及有源反馈区；半导体激光器的小信号频率响应有两个峰值，分别为半导体激光器自身参数决定的驰豫振荡频率和由反馈引入的PPR频率，器件区产生的背面输出光经过电流反馈补偿区得到小信号频率响应，电流反馈补偿区根据小信号频率响应结果对注入无源反馈区的电流I
P
及注入有源反馈区的电流I
A
进行补偿，改变器件区产生的反馈光的反馈相位和
反馈强度进而影响PPR频率，从而调控半导体激光器的带宽；
[0007]分布反馈激光器区包括第一电极、有源层、选模光栅；选模光栅位于有源层上方，第一电极位于分布反馈激光器区的上方；第一电极用于实现载流子注入；有源层为多量子阱结构，用于为分布反馈激光器区提供增益，分布反馈激光器区在注入载流子的作用下，有源层内的电子、空穴复合，辐射出光子，形成光场；选模光栅具有周期性变化的折射率，用于实现模式选择；
[0008]无源反馈区包括第二电极及第一体材料区；第一体材料区位于和有源层一样的高度，第二电极位于无源反馈区最上方，用于实现电流注入，改变第一体材料的折射率；第一体材料区用于对主模和边模引入相位差；无源反馈区用于影响反馈光的反馈相位；
[0009]有源反馈区包括第三电极及第二体材料区；第二体材料区位于和有源层一样的高度，第三电极位于有源反馈区最上方，用于实现电流注入；第二体材料区用于对光场进行增益，实现光信号放大，补偿无源反馈区引入的损耗以提供足够强的反馈光；有源反馈区用于影响反馈光的反馈强度。
[0010]当半导体器件的温度高于初始温度时，电流反馈补偿区用于改变注入有源反馈区和无源反馈区的电流，以对温度升高在器件区中产生的驰豫振荡频率降低进行补偿，使得PPR频率与驰豫振荡频率保持适当距离，保证激光器的高速工作。
[0011]进一步地，电流反馈补偿区包括光隔离器、PD探测器、电学滤波器及电流源；光隔离器用于防止器件区背面输出光反射回器件区造成干扰；PD探测器用于将器件区背面输出光转换为电信号，得到输出功率谱；电学滤波器用于将需要的频率分量滤出，得到此频率点的响应，电流源用于根据测得的响应结果向无源反馈区和有源反馈区注入电流。
[0012]进一步地，驰豫振荡频率为：
[0013][0014]其中，f
r
为驰豫振荡频率，v
g
为激光介质中光群速度，ε为增益饱和系数，ξ为光学限制因子，η
i
为内量子效率，V为分布反馈激光器区内有源区体积，S为光子密度，I
th
为激光器的阈值电流，I表示注入分布反馈激光器区的电流，dg/dN为激光器的微分增益。
[0015]进一步地，当激光器的运行环境温度升高时，由于激光器的阈值电流升高、微分增益降低，激光器的驰豫振荡频率降低；激光器的驰豫振荡频率与PPR频率的距离增大，小信号频率响应曲线中间产生大的“凹陷”，提前降到
‑
3dB处，激光器的调制带宽减小；
[0016]进一步地，通过电流反馈补偿区测得的特定频率点的小信号频率响应，可得到激光器的频率响应的变化情况，由电流源施加到无源反馈区和有源反馈区的电流相应改变，使得PPR频率发生相应变化。
[0017]进一步地，半导体激光器件的温度越高，器件的驰豫振荡频率越低，相应PPR频率越低，半导体激光器件工作在这个温度下可以达到的调制带宽最大值。且由于电流反馈补偿区测量的是激光器背面输出光，不影响激光器的正常使用。
[0018]本专利技术另一方面提供另一种反馈式半导体激光器的调控装置，包括器件区和电流反馈补偿区，器件包括器件区和电流反馈补偿区，器件区从左到右包括分布反馈激光器区、无源反馈区；半导体激光器的小信号频率响应有两个峰值，分别为半导体激光器件自身参
数决定的驰豫振荡频率和由反馈引入的PPR频率，器件区产生的背面输出光经过电流反馈补偿区可测得小信号频率响应，电流反馈补偿区根据小信号频率响应结果对注入无源反馈区的电流I
P
进行补偿，改变器件区产生的反馈光的反馈相位进而影响PPR频率，从而调控半导体激光器的带宽；
[0019]进一步地，分布反馈激光器区包括第一电极、有源层、选模光栅；选模光栅位于有源层上方，第一电极位于分布反馈激光器区的上方；第一电极用于实现载流子注入；有源层为多量子阱结构，用于为激光器提供增益，激光器在注入载流子的作用下，有源层内的电子、空穴复合，辐射出光子，形成光场；选模光栅具有周期性变化的折射率，用于实现模式选择；
[0020]无源反馈区包括第二电极及第一体材料区；第一体本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种反馈式半导体激光器的调控装置，其特征在于，包括器件区(1)和电流反馈补偿区(2)，所述器件区(1)从左到右包括分布反馈激光器区(10)、无源反馈区(11)及有源反馈区(12)；所述半导体激光器的小信号频率响应有两个峰值，分别为半导体激光器自身参数决定的驰豫振荡频率和由反馈引入的光子光子谐振PPR频率，所述器件区(1)产生的背面输出光经过电流反馈补偿区(2)得到小信号频率响应，所述电流反馈补偿区(2)根据所述小信号频率响应结果对注入无源反馈区(11)的电流I
P
及注入有源反馈区(12)的电流I
A
进行补偿，改变器件区(1)产生的反馈光的反馈相位和反馈强度进而影响PPR频率，从而调控半导体激光器的带宽；所述分布反馈激光器区(10)包括第一电极(13)、有源层(14)、选模光栅(15)；所述选模光栅(15)位于有源层(14)上方，所述第一电极(13)位于分布反馈激光器区(10)的上方；所述第一电极(13)用于实现载流子注入；所述有源层(14)为多量子阱结构，用于为所述分布反馈激光器区(10)提供增益，所述分布反馈激光器区(10)在注入载流子的作用下，所述有源层(14)内的电子、空穴复合，辐射出光子，形成光场；所述选模光栅(15)具有周期性变化的折射率，用于实现模式选择；所述无源反馈区(11)包括第二电极(16)及第一体材料区(17)；所述第一体材料区(17)位于和有源层(14)一样的高度，所述第二电极(16)位于无源反馈区(11)最上方，用于实现电流注入，改变第一体材料(17)的折射率；第一体材料区(17)用于对主模和边模引入相位差；所述无源反馈区(11)用于影响反馈光的反馈相位；所述有源反馈区(12)包括第三电极(18)及第二体材料区(19)；所述第二体材料区(19)位于和有源层(14)一样的高度，所述第三电极(18)位于有源反馈区(12)最上方，用于实现电流注入；所述第二体材料区(19)用于对光场进行增益，实现光信号放大，补偿所述无源反馈区(11)引入的损耗以提供反馈光；所述有源反馈区(12)用于影响反馈光的反馈强度。2.如权利要求1所述的反馈式半导体激光器的调控装置，其特征在于，所述电流反馈补偿区(2)包括光隔离器(20)、PD探测器(21)、电学滤波器(22)及电流源(23)；所述光隔离器(20)用于防止器件区(1)背面输出光反射回器件区(1)造成干扰；所述PD探测器(21)用于将器件区(1)背面输出光转换为电信号，得到输出功率谱；所述电学滤波器(22)用于将需要的频率分量滤出，得到此频率点的响应，所述电流源(23)用于根据测得的响应结果向无源反馈区(12)和有源反馈区(13)注入电流。3.如权利要求1所述的反馈式半导体激光器的调控装置，其特征在于，所述驰豫振荡频率为：其中，f
r
为所述驰豫振荡频率，v
g
为激光介质中光群速度，ε为增益饱和系数，ξ为光学限制因子，η
i
为内量子效率，V为分布反馈激光器区(10)内有源区体积，S为光子密度，I
th
为激光器的阈值电流，I表示注入分布反馈激光器区(10)的电流，dg/dN为激光器的微分增益。4.如权利要求3所述的反馈式半导体...
【专利技术属性】
技术研发人员：张敏明，田琦，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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