一种基于EBL的激光器加工方法及其应用方法技术

本发明专利技术涉及激光器技术领域，提供了一种基于EBL的激光器加工方法及其应用方法。所述加工方法包括：确定均匀光栅激光器的光栅区结构所对应的第一反射峰的相关参数；获取激光器允许制作的光栅区结构的相关参数区间；根据允许制作的光栅区结构的相关参数区间，求解得到均匀光栅所能取得的最大耦合系数，以及对应制作的光栅区结构的相关参数值；根据第一反射峰的相关参数和最大耦合系数，计算得到取样光栅的最小光栅区长度；将取样光栅的最小光栅区长度和光栅区结构的相关参数值作为激光器光栅区制作的输入参数。本发明专利技术利用含最小光栅区长度的取样光栅替代已有的均匀光栅结构，能够减少光刻的总量，改善加工工艺的复杂度，提高激光芯片的生产效率。

Laser processing method based on EBL and application method thereof

The invention relates to the technical field of lasers, and provides a laser processing method based on EBL and an application method thereof. The processing method including: determining the relevant parameters of the first reflection peaks corresponding to grating structure uniform grating laser the laser parameters; interval allowed grating structure made; according to the parameters of grating structure to make the allowed range, the maximum coupling coefficient solution to uniform grating can be obtained, and the related the parameters of grating structure corresponding to the value of the production area; according to the parameters of the first reflection peak and the maximum coupling coefficient, calculate the minimum length of the grating region sampled grating; the grating parameters related to minimum degree and mayor grating structure of sampling grating values as input parameters for making laser grating area. The invention replaces the existing uniform grating structure with a sampling grating with minimum grating length, thereby reducing the total amount of photolithography, improving the complexity of the processing process, and improving the production efficiency of the laser chip.

【技术实现步骤摘要】
一种基于EBL的激光器加工方法及其应用方法
本专利技术涉及激光器
，特别是涉及一种基于EBL的激光器加工方法及其应用方法。
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。目前随着光纤通信系统大规模使用相干技术，对光源线宽提出了越来越高的要求。在普通强度调制光通信系统中，光源线宽一般为MHz量级即可满足通信系统要求。而在相干通信系统中，目前主流的100G相干通信系统要求光源线宽小于300KHz，未来调制格式更加复杂的光通信系统更是将线宽要求提高到了数十KHz。因此，窄线宽光通信光源在未来的通信系统中具有举足轻重的作用。在DBR激光器中，激光器线宽很大程度上受其布拉格反射光栅的影响，在文献“AnanalysisofthelinewidthandspectralbehaviorofDBRlasers”(作者是ERWINPATZAK,PETERMEISSNER,ANDD.YEVICK，源自1985年9月的IEEE文章)中，详细描述了DBR激光器中线宽与布拉格反射光栅光栅耦合系数及光栅长度，总反射率等的关系。从中可以看出要得到一个极窄线宽的DBR激光器需要在满足一定光栅反射率的情况下，尽可能降低光栅耦合系数，增加光栅的总长度。在这种情况下，我们可以使用全息曝光技术很容易的制作具有很长长度的光栅，而后制作出相同的窄线宽DBR激光器。类似的，上述针对于DBR激光器的研究，同样适用于DFB激光器。但是随着通信系统对封装成本，封装体积的要求越来越高，芯片集成化是未来光芯片发展的必然方向。在目前广泛使用的波分复用光通信系统中，每一个光纤中通常都含有数个乃至数十个不同的光信号波长。因此将多个波长激光器集成在同一芯片上的阵列激光器无疑具备十分重要的作用。但是如果要在同一芯片上制作不同波长的阵列激光器，通常需要使用到不同周期的光栅，传统的全息曝光法对同一晶圆上多周期的光栅制作无能为力。目前主流的制作方式是使用电子束光刻，也被称为电子束曝光(ElectronBeamLithography，简写为：EBL)系统，电子束光刻以聚焦电子束为曝光手段，通过磁场电场控制，使得电子束能够被聚焦到纳米级的光斑上，通过控制程序使用逐点扫描的方式对晶圆进行曝光。在这种方式下，电子束光刻加工成本，设备成本都异常昂贵同时加工机时也非常长，不太适合批量生产。因此设法降低电子束加工的成本就成为了推动多波长DBR激光器的关键技术。同上述文献，我们知道在一定光栅反射率情况下，光栅长度与耦合系数成反比，而降低光栅长度增加耦合系数可以极大的提高激光器的线宽特性。但是这带来了一个更加严重的问题，光栅长度的增加无疑会增加电子束曝光的时间，使得多波长窄线宽DBR激光器阵列的加工成本更加昂贵。鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本
亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例要解决的技术问题是解决目前采用EBL制作的窄线宽激光器及其阵列激光器加工耗时长，成本昂贵的技术问题。本专利技术实施例进一步要解决的技术问题是提供一种基于EBL加工完成的多波长窄线宽阵列激光器的制造方法。本专利技术采用如下技术方案：本专利技术实施例第一方面，提供了一种基于EBL的激光器的加工方法，包括：确定均匀光栅激光器的光栅区结构所对应的第一反射峰的相关参数；获取所述激光器允许制作的光栅区结构的相关参数区间；根据所述允许制作的光栅区结构的相关参数区间，求解得到均匀光栅所能取得的最大耦合系数，以及对应制作的光栅区结构的相关参数值；根据所述第一反射峰的相关参数和最大耦合系数，计算得到取样光栅的最小光栅区长度；将所述取样光栅的最小光栅区长度和所述光栅区结构的相关参数值作为激光器光栅区制作的输入参数。可选的，所述方法还包括：根据所述允许制作的光栅区结构的相关参数区间，求解得到取样光栅的取样长度Ls的设定值，使得取样光栅梳状反射谱的0级反射峰与1级反射峰的间隔大于有源区增益峰所覆盖长度的一半。可选的，第一反射峰的相关参数包括第一反射率、第一反射峰波长、第一反射峰线宽中的一项或者多项，则所述根据所述第一反射峰的相关参数和最大耦合系数，计算得到取样光栅的最小光栅区长度，具体为：满足采用取样光栅的最小光栅区长度调整后的耦合系数，取样光栅所能产生的第二反射率与所述第一反射率相差值小于5％；和/或，满足取样光栅的最小光栅区长度所对应的光栅周期和均匀光栅的光栅周期相同；和/或，满足采用最小光栅区长度制作的取样光栅，其光栅区结构所能产生的第二反射峰线宽和所述第一反射峰线宽相差小于5％；在满足上述一个或者多个条件下，计算得到取样光栅的最小光栅区长度。可选的，所述允许制作的光栅区结构的相关参数区间包括光栅区结构的总长度区间、光栅区结构的高度区间、光栅形状因子类型、光栅区结构中的光栅层的折射率区间和光栅覆盖层的折射率区间中的一项或者多项，其中，耦合系数调整因子包括：光栅层折射率、光栅区结构的高度、光栅覆盖层折射率、光栅因子中的一项或者多项，则所述根据所述允许制作的光栅区结构的相关参数区间，求解得到均匀光栅所能取得的最大耦合系数，以及对应制作的光栅区结构的相关参数值，具体包括：其中，增大光栅层折射率和/或减小光栅覆盖层折射率，则增大耦合系数；其中，增大光栅层与光场中心间距d，则减小耦合系数；其中，光栅因子和耦合系数成正比；其中，增大光栅区结构光栅层厚度，则增大耦合系数；根据上述各耦合系数调整因子对耦合系数的调整关系，在相应允许制作的光栅区结构的相关参数区间范围内，计算出最大耦合系数。可选的，所述将所述取样光栅的最小光栅区长度和所述光栅区结构的相关参数值作为激光器光栅区制作的输入参数，具体包括：根据计算出最大耦合系数所设定的耦合系数调整因子和计算得到取样光栅的最小光栅区长度，作为所述激光器生产过程中，对应光栅区结构的加工参数。可选的，在所述光栅为三层结构时，取样光栅的0级反射峰的耦合系数为K0＝K*δ，其中δ＝Lg/Ls，为光栅区长度Lg和取样长度Ls的比值结果，是已有均匀光栅的耦合系数，式中的：其中，N_core为光栅层折射率、a为已有均匀光栅厚度、G为光栅形状因子、λ为光栅工作波长、ng为有效折射率、N_core为光栅层折射率、N_clad为覆盖层折射率、d为光场中心间距；根据激光器允许制作的光栅区结构的相关参数区间，求解得到第一反射峰的最大耦合系数Kmax；根据所述均匀光栅的第一反射峰的相关参数，求解得到满足所述第一反射峰的相关参数的最小光栅区长度Lg_min。可选的，在所述第一反射峰的相关参数具体为第一反射率时，所述根据所述均匀光栅的第一反射峰的相关参数，求解得到满足所述第一反射峰的相关参数的最小光栅区长度Lg，具体为：所述0级反射峰的耦合系数与0级反射峰的反射率对应关系为R(0)＝tanh2(|K0|*number*Ls)，其中，R(0)为0级反射峰的反射率，number为取样周期数；计算在R(0)满足不小于第一反射率情况下，所能取得的取样光栅的最小光栅区长度Lg_min。本专利技术实施例第二方面，提供了一种基于EBL的激光器的加工方法，所述方法包括：根据所要生产的激光器中对光栅反射峰值的参数设定、光栅区总长度L和光栅的允许最大腐蚀深度2a_max，确定取样光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于EBL的激光器的加工方法，其特征在于，包括：确定均匀光栅激光器的光栅区结构所对应的第一反射峰的相关参数；获取所述激光器允许制作的光栅区结构的相关参数区间；根据所述允许制作的光栅区结构的相关参数区间，求解得到均匀光栅所能取得的最大耦合系数，以及对应制作的光栅区结构的相关参数值；根据所述第一反射峰的相关参数和最大耦合系数，计算得到取样光栅的最小光栅区长度；将所述取样光栅的最小光栅区长度和所述光栅区结构的相关参数值作为激光器光栅区制作的输入参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于EBL的激光器的加工方法，其特征在于，包括：确定均匀光栅激光器的光栅区结构所对应的第一反射峰的相关参数；获取所述激光器允许制作的光栅区结构的相关参数区间；根据所述允许制作的光栅区结构的相关参数区间，求解得到均匀光栅所能取得的最大耦合系数，以及对应制作的光栅区结构的相关参数值；根据所述第一反射峰的相关参数和最大耦合系数，计算得到取样光栅的最小光栅区长度；将所述取样光栅的最小光栅区长度和所述光栅区结构的相关参数值作为激光器光栅区制作的输入参数。2.根据权利要求1所述的激光器的加工方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述允许制作的光栅区结构的相关参数区间，求解得到取样光栅的取样长度Ls的设定值，使得取样光栅梳状反射谱的0级反射峰与1级反射峰的间隔大于有源区增益峰所覆盖长度的一半。3.根据权利要求1或2所述的激光器的加工方法，其特征在于，第一反射峰的相关参数包括第一反射率、第一反射峰波长、第一反射峰线宽中的一项或者多项，则所述根据所述第一反射峰的相关参数和最大耦合系数，计算得到取样光栅的最小光栅区长度，具体为：满足采用取样光栅的最小光栅区长度调整后的耦合系数，取样光栅所能产生的第二反射率与所述第一反射率相差值小于5％；和/或，满足取样光栅的最小光栅区长度所对应的光栅周期和均匀光栅的光栅周期相同；和/或，满足采用最小光栅区长度制作的取样光栅，其光栅区结构所能产生的第二反射峰线宽和所述第一反射峰线宽相差小于5％；在满足上述一个或者多个条件下，计算得到取样光栅的最小光栅区长度。4.根据权利要求3所述的激光器的加工方法，其特征在于，所述允许制作的光栅区结构的相关参数区间包括光栅区结构的总长度区间、光栅区结构的高度区间、光栅形状因子类型、光栅区结构中的光栅层的折射率区间和光栅覆盖层的折射率区间中的一项或者多项，其中，耦合系数调整因子包括：光栅层折射率、光栅区结构的高度、光栅覆盖层折射率、光栅因子中的一项或者多项，则所述根据所述允许制作的光栅区结构的相关参数区间，求解得到均匀光栅所能取得的最大耦合系数，以及对应制作的光栅区结构的相关参数值，具体包括：其中，增大光栅层折射率和/或减小光栅覆盖层折射率，则增大耦合系数；其中，增大光栅层与光场中心间距d，则减小耦合系数；其中，光栅因子和耦合系数成正比；其中，增大光栅区结构光栅层厚度，则增大耦合系数根据上述各耦合系数调整因子对耦合系数的调整关系，在相应允许制作的光栅区结构的相关参数区间范围内，计算出最大耦合系数。5.根据权利要求4所述的激光器的加工方法，其特征在于，所述将所述取样光栅的最小光栅区长度和所述光栅区结构的相关参数值作为激光器光栅区制作的输入参数，具体包括：根据计算出最大耦合系数所设定的耦合系数调整因子和计算得到取样光栅的最小光栅区长度，作为所述激...

【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