两段式DBR激光器及单片集成阵列光源芯片制造技术

本申请提供一种两段式DBR激光器及单片集成阵列光源芯片，涉及光通信领域，能够提高热调谐效率，同时减少热串扰。该两段式DBR激光器包括光栅区、增益区和宽带反射镜，其中，光栅区和宽带反射镜分别设置在增益区的两端；光栅区包括第一底衬、第一支撑结构、第一脊型波导结构和第一加热器，第一脊型波导结构被第一支撑结构悬空固定在第一底衬的上方，且第一底衬、第一支撑结构和第一脊型波导结构共同形成一个空腔，第一加热器位于第一脊型波导结构的背离空腔的表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】两段式DBR激光器及单片集成阵列光源芯片
本申请涉及光通信领域，尤其涉及一种两段式分布布拉格反射镜(distributedbraggreflector，DBR)激光器及单片集成阵列光源芯片。
技术介绍
在局域网波分复用(LANwavelengthdivisionmultiplexing，LWDM)系统中，传统的光源一般利用分布反馈布拉格(distributedfeedbackbragg，DFB)激光器作为基础光源，DFB激光器本身的结构特点决定其无法兼顾良率和功耗问题，其单模良率和波长对准良率是限制其芯片成本的主要因素。而可调激光器具有高单模良率和高波长对准良率，更适合作为集成芯片的候选光源。通常情况下，可调谐激光器的工作方式包括电调谐和热调谐。电调谐会引入额外的插损，影响器件性能；而热调谐一般是在光芯片的波导结构的表面设置加热器(heater)，对波导结构进行加热，以改变波导结构中部分材料的反射率，从而实现对在该波导结构中传输的光波的相位、波长的调节。但加热器在加热时，热量通常会发生扩散，因此热调谐效率较低。且热量可能会扩散光器件的其他部位，对其他部位造成热串扰。
技术实现思路
本申请提供一种两段式DBR激光器及单片集成阵列光源芯片，能够提高热调谐效率，同时减少热串扰。第一方面，本申请提供一种两段式DBR激光器，其特征在于，包括光栅区、增益区和宽带反射镜，其中，光栅区和宽带反射镜分别设置在增益区的两端；光栅区包括第一底衬、第一支撑结构、第一脊型波导结构和第一加热器，第一脊型波导结构被第一支撑结构悬空固定在第一底衬的上方，且第一底衬、第一支撑结构和第一脊型波导结构共同形成一个空腔，第一加热器位于第一脊型波导结构的背离空腔的表面。本申请提供的两段式DBR激光器，通过在光栅区的第一底衬、第一支撑结构和第一脊型波导结构之间共同形成的空腔，以使得第一加热器加热时，第一支撑结构可以起到热隔离作用，将热量集中在空腔内，减少了热量扩散。一方面，能够集中热量为第一脊型波导结构加热，提高第一加热器的调谐效率，另一方面，减少了对增益区的热串扰，保证增益区的量子效率不受影响。在一种可能的设计中，第一支撑结构包括第一支撑件和第二支撑件，第一支撑件的一端和第二支撑件的一端被固定在第一底衬朝向第一脊型波导结构的侧面上，且位于第一底衬朝向第一脊型波导结构的侧面相互远离的两端，第一脊型波导结构被固定在第一支撑件远离第一底衬的另一端以及第二支撑件远离第一底衬的另一端。在上述可能的设计中，通过设置第一支撑件和第二支撑件作为第一支撑结构，便于形成空腔。在一种可能的设计中，第一支撑件的高度与第二支撑件的高度相等。在一种可能的设计中，第一脊型波导结构包括第一脊部、第一沟部、第二沟部、第一保护结构以及第二保护结构，第一保护结构与第二保护结构相对，第一沟部位于第一脊部与第一保护结构之间、第二沟部位于第一脊部与第二保护结构之间，第一支撑件和第二支撑件中相对的两个侧壁之间的距离大于第一保护结构和第二保护结构中相对的两个侧壁之间的距离。在上述可能的设计中，通过扩大第一支撑件和第二支撑件中相对的两个侧壁之间的距离，能够使得空腔具有较大的空间，进一步提高第一加热器的调谐效率。在一种可能的设计中，第一沟部和/或第二沟部上设置有至少一个通孔，至少一个通孔与空腔连通。具体的，第一沟部上设置有至少一个通孔，或者第二沟部上设置有至少一个通孔，或者第一沟部和第二沟部上均设置有至少一个通孔。在上述可能的设计中，通过设置至少一个通孔，能够在一定程度上控制集中在空腔内的热量的流通路径，进一步将热量集中在第一脊型波导结构中，提供第一加热器的调谐效率。在一种可能的设计中，第一加热器为金属电阻薄膜，金属电阻薄膜贴附在第一脊型波导结构的背离空腔的表面。在一种可能的设计中，第一加热器与第一脊型波导结构之间设置有绝缘层。第二方面，本申请提供一种单片集成阵列光源芯片，包括N个集成单片，N个集成单片中的每个集成单片包括第二底衬，以及集成在第二底衬上的四通道激光器阵列，N为大于或等于1的整数；其中，四通道激光器阵列包括四个如第一方面或第一方面的任一可选方式所述的两段式DBR激光器。采用本申请提供的单片集成阵列光源芯片，相比于传统单片集成阵列光源芯片中的DFB激光器不到50％的总体良率，本专利技术实施例提供的单片集成阵列光源芯片中所采用的两段式DBR激光器能够实现100％的波长对准和单模选择，因此能够保证该单片集成阵列光源芯片的整体良率，降低成本。在一种可能的设计中，第二底衬上，位于四通道激光器阵列的出光端，还集成有功能器件阵列，功能器件阵列包括调制器阵列、放大器阵列和探测器阵列中的至少一个。在上述可能的设计中，通过设置功能器件阵列，可以扩展该单片集成阵列光源芯片的功能。即本专利技术实施例提供的单片集成阵列光源芯片的功能具备可扩展性。在一种可能的设计中，当N为大于1的整数时，单片集成阵列光源芯片还包括第三底衬，N个集成单片并列集成在第三底衬上。第三方面，本申请提供一种MZI，包括参考光支臂和信号光支臂，信号光支臂包括第四底衬、第二支撑结构、第二脊型波导结构和第二加热器，第二脊型波导结构被第二支撑结构悬空固定在第四底衬的上方，且第四底衬、第二支撑结构和第二脊型波导结构共同形成一个空腔，第二加热器位于第二脊型波导结构的背离空腔的表面。本申请提供的MZI，在第二加热器加热时，第二支撑结构可以起到热隔离作用，将热量集中在第四底衬、第二支撑结构和第二脊型波导结构之间的空腔内，为第二脊型波导结构加热。经过试验验证，采用该热隔离结构，使得调谐效率提高到π/6毫瓦(mW)，高于传统的MZI热调谐方案(即将加热器设置在第二脊型波导结构上，而不做热隔离的方案)。同时减少了热量扩散到参考光支臂，导致对参考光支臂造成热串扰。在一种可能的设计中，第二支撑结构包括第三支撑件和第四支撑件，第三支撑件的一端和第四支撑件的一端被固定在第四底衬朝向第二脊型波导结构的侧面上，且位于第四底衬朝向第二脊型波导结构的侧面相互远离的两端，第二脊型波导结构被固定在第三支撑件远离第四底衬的另一端以及第四支撑件远离第四底衬的另一端。在上述可能的设计中，通过设置第三支撑件和第四支撑件作为第二支撑结构，便于形成空腔。在一种可能的设计中，第三支撑件的高度与第四支撑件的高度相等。在一种可能的设计中，第二脊型波导结构包括第二脊部、第三沟部、第四沟部、第三保护结构以及第四保护结构，第三保护结构与第二保护结构相对，第三沟部位于第二脊部与第三保护结构之间、第四沟部位于第二脊部与第四保护结构之间，第三支撑件和第四支撑件中相对的两个侧壁之间的距离大于第三保护结构和第四保护结构中相对的两个侧壁之间的距离。在上述可能的设计中，通过扩大第三支撑件和第四支撑件中相对的两个侧壁之间的距离，能够使得空腔具有较大的空间，进一步提高第二加热器的调谐效率。在一种可能的设计中，第三沟部和/或第四沟部上设置有至少一个通孔，至少一个通孔与空腔连通。具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两段式分布布拉格反射镜DBR激光器，其特征在于，包括光栅区、增益区和宽带反射镜，其中，所述光栅区和所述宽带反射镜分别设置在所述增益区的两端；所述光栅区包括第一底衬、第一支撑结构、第一脊型波导结构和第一加热器，所述第一脊型波导结构被所述第一支撑结构悬空固定在所述第一底衬的上方，且所述第一底衬、所述第一支撑结构和所述第一脊型波导结构共同形成一个空腔，所述第一加热器位于所述第一脊型波导结构的背离所述空腔的表面。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】一种两段式分布布拉格反射镜DBR激光器，其特征在于，包括光栅区、增益区和宽带反射镜，其中，所述光栅区和所述宽带反射镜分别设置在所述增益区的两端；所述光栅区包括第一底衬、第一支撑结构、第一脊型波导结构和第一加热器，所述第一脊型波导结构被所述第一支撑结构悬空固定在所述第一底衬的上方，且所述第一底衬、所述第一支撑结构和所述第一脊型波导结构共同形成一个空腔，所述第一加热器位于所述第一脊型波导结构的背离所述空腔的表面。


根据权利要求1所述的两段式DBR激光器，其特征在于，所述第一支撑结构包括第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件的一端和所述第二支撑件的一端被固定在所述第一底衬朝向所述第一脊型波导结构的侧面上，且位于所述第一底衬朝向所述第一脊型波导结构的侧面相互远离的两端，所述第一脊型波导结构被固定在所述第一支撑件远离所述第一底衬的另一端以及所述第二支撑件远离所述第一底衬的另一端。


根据权利要求2所述的两段式DBR激光器，其特征在于，所述第一支撑件的高度与所述第二支撑件的高度相等。


根据权利要求2或3所述的两段式DBR激光器，其特征在于，所述第一脊型波导结构包括第一脊部、第一沟部、第二沟部、第一保护结构以及第二保护结构，所述第一保护结构与所述第二保护结构相对，所述第一沟部位于所述第一脊部与所述第一保护结构之间、所述第二沟部位于所述第一脊部与所述第二保护结构之间，所述第一支撑件和所述第二支撑件中相对的两个侧壁之间的距离大于所述第一保护结构和所述第二保护结构中相对的两个侧壁之间的距离。


根据权利要求4所述的两段式DBR激光器，其特征在于，所述第一沟部和/或所述第二沟部上设置有至少一个通孔，所述至少一个通孔与所述空腔连通。


根据权利要求1-5任一项所述的两段式DBR激光器，其特征在于，所述第一加热器为金属电阻薄膜，所述金属电阻薄膜贴附在所述第一脊型波导结构的背离所述空腔的表面。


根据权利要求1-6所述的两段式DBR激光器，其特征在于，所述第一加热器与所述第一脊型波导结构之间设置有绝缘层。


一种单片集成阵列光源芯片，其特征在于，包括N个集成单片，所述N个集成单片中的每个集成单片包括第二底衬，以及集成在所述第二底衬上的四通道激光器阵列，N为大于或等于1的整数；
其中，所述四通道激光器阵列包括四个如权利要求1至7中任一项所述的两段式DBR激光器。


根据权利要求8所述的单片集成阵列光源芯片，其特征在于，所述第二底衬上，位于所述四通道激光器阵列的出光端，还集成有功能器件阵列，所述功能器件阵列包括调制器阵列、放大器阵列和探测器阵列中的至少一个。


根据权利要求8或9任一项所述的单片集成阵列光源芯片，其特征在于，当N为大于1的整数时，所述单片集成阵列光源芯片还包括第三底衬，所述N个集成单片并列集成在所述第三底衬上。


一种马赫-岑德尔干涉仪MZI，其特征在于，包括参考光支臂和信号光支臂，所述信号光支臂包括第四底衬、第二支撑结构、第二脊型波导结构和第二加热器，所述第二脊型波导结构被所述第二支撑结构悬空固定在所述第四底衬的上方，且所述第四底衬、所述第二支撑结构和所述第二脊型波导结构共同形成一个空腔，所述第二加热器位于所述第二脊型波导结构的背离所述空腔的表面。


根据权利要求11所述的MZI，其特征在于，所述第二支撑结构包括第三支撑件和第四支撑件，所述第三支撑件的一端和所述第四支撑件的一端被固定在所述第四底衬朝向所述第二脊...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏民，张灿，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44