基于半波耦合部分反射器的可调谐半导体激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于半波耦合部分反射器的可调谐半导体激光器。包括两个谐振腔，一个谐振腔主要由光波导、第一部分反射器、第二部分反射器组成，另一个谐振腔主要由光波导、第一部分反射器、第二部分反射器组成；两个谐振腔沿同一直线排列并相互耦合，两个谐振腔中的两个第二部分反射器之间通过一个公共的耦合波导连接。本发明专利技术具有最佳的单模选择，发射波长可在一系列信道上切换，无需制作光栅，结构简单，在耦合器的设计上具有很高的自由度，制作容差大，可以实现大范围的数字式调谐。

Tunable diode laser based on half wave coupled partial reflector

The invention discloses a tunable semiconductor laser based on half wave coupled partial reflectors. It consists of two resonant cavities. One resonator consists mainly of an optical waveguide, a first reflector, and a second reflector. The other is composed mainly of an optical waveguide, a first reflector, and a second reflector; the two resonators are arranged along the same line and are coupled to each other, and two second of the two resonators. The sub reflector is connected through a common coupling waveguide. The invention has the best single mode selection, the emission wavelength can be switched on a series of channels, without making gratings, simple structure, high degree of freedom in the design of the coupler, large production tolerance, and a large range of digital tuning.

【技术实现步骤摘要】
基于半波耦合部分反射器的可调谐半导体激光器
本专利技术涉及半导体激光器，尤其是涉及一种基于半波耦合部分反射器的可调谐半导体激光器。
技术介绍
波长可调谐激光器是波分复用技术中的一个关键技术，在城域网和远程光通信领域中也具有广泛的应用。随着光通信技术的快速发展，可调谐半导体激光器也在不断的向低成本、低功耗、小型化和集成化的方向发展。从实际应用出发，要求可调谐半导体激光器可大范围调谐，成本低廉，工作稳定，易于操作。目前在光通讯领域中使用最为广泛的波长可调谐激光器有两种方案：一种是基于光栅的激光器，如分布反馈激光器(DFB)和分布反射光栅激光器(DBR)。这类激光器的制造中都需要制作光栅、刻蚀光栅、二次外延等步骤，大大增加了器件的成本。另一种可调谐激光器的方案是利用两个长度相异的谐振腔之间的耦合来实现，其波长调谐范围可以利用Vernier效应显著增加。这种类型激光器的一种实现形式是基于调制光栅Y型(MG-Y)可调谐半导体激光器，被报道于"High-speeddirectmodulationofwidelytunableMG-Ylaser",IEEEPhotonicsTechnologyLetters,17(6)(2005):1157-1159.其结构示意如图1，这种MG-Y可调谐半导体激光器包含一个增益区，一个共同相位区，一个MMI耦合器，一个微分相位区以及两个光栅，结构十分复杂；该激光器实现单模稳定工作和波长调谐需要调节共同相位区、微分相位区和光栅上的注入电流，这种多电极协调的调谐算法十分复杂，不利于激光器驱动电路的设计和激光器高效批量化生产，而且高昂的成本阻止了应用的推广。为了提供廉价的可调谐半导体激光器，何建军于2006年提出了一种基于V型腔结构的半导体激光器，详见“V型耦合腔波长可切换半导体激光器”，授权公告号：CN100463312B，其结构示意如图2。它通过两个长度相异的谐振腔之间的耦合来实现波长的调谐或者切换，通过优化两个谐振腔之间的耦合系数能够实现很高的边模抑制比，其波长调谐通过调节某一臂注入电流来实现，调节范围可以利用Vernier效应而显著增加。除此之外，这种激光器还具有工艺简单，成本低，波长切换方便，等方面的优势。但是对于这种激光器，其耦合腔的一端为部分反射结构，该结构制作质量的好坏直接影响激光器的单模特性，所以这种激光器对于设计和制作的要求均较高，在一定程度上影响了其成品率。此外，由于采用具有弯曲波导的V型波导结构，引入了一定损耗，且不利于和其它器件集成。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于半波耦合部分反射器的可调谐半导体激光器。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术包括两个谐振腔，一个谐振腔主要由光波导、第一部分反射器、第二部分反射器组成，另一个谐振腔主要由光波导、第一部分反射器、第二部分反射器组成；两个谐振腔沿同一直线排列并相互耦合，两个谐振腔中的两个第二部分反射器之间通过一个公共的耦合波导连接。所述两个谐振腔的第二部分反射器均为具有固定分光比的分光器件，一部分光经反射回到自身谐振腔，一部分光经过耦合波导进入另一个谐振腔。第一种实施方式是：所述两个谐振腔的第二部分反射器均由一个渐变锥形波导、两个45度转角镜和一个多模干涉器构成，一个渐变锥形波导、一个多模干涉器和由两个45度转角镜构成的转角镜组合沿同一直线布置，渐变锥形波导的一端与光波导连接，渐变锥形波导的另一端与多模干涉器的一端连接，多模干涉器的另一端与由两个并排连接布置的45度转角镜构成的转角镜组的一端连接，转角镜组的另一端与耦合波导连接；通过渐变锥形波导和多模干涉器共同将从光波导传输来的光束扩宽并分成三部分，其中两侧的两部分光分别经两个45度转角镜反射回自身谐振腔的原光波导，另一部分光经耦合波导进入另一个谐振腔。进入另一个谐振腔后再依次经转角镜组、多模干涉器、渐变锥形波导、光波导、第一部分反射器。第二种实施方式是：所述两个谐振腔的第二部分反射器均由一个渐变锥形波导和两个45度转角镜构成，一个渐变锥形波导和由两个45度转角镜构成的转角镜组合沿同一直线布置，渐变锥形波导的一端与光波导连接，渐变锥形波导的另一端与由两个并排连接布置的45度转角镜构成的转角镜组的一端连接，两个45度转角镜组合的另一端与耦合波导连接；通过渐变锥形波导将从光波导传输来的光束扩宽并分成三部分，其中两侧的两部分光分别经两个45度转角镜反射回自身谐振腔的原光波导，另一部分光经耦合波导进入另一个谐振腔。进入另一个谐振腔后再依次经转角镜组、渐变锥形波导、光波导、第一部分反射器。本专利技术中通过耦合波导连接两个特殊结构的谐振腔实现了一定的交叉耦合系数和180°奇数倍的耦合相位，使得激光器具有最佳的单模选择性。所述的两个谐振腔具有不同的光学长度，使得两个谐振腔同时只有一个谐振频率在增益谱内重合，两个谐振腔均通过施加电流或电压改变有效折射率从而实现波长的调谐。通过改变一个谐振腔内部分波导的有效折射率可以使激光器的发射波长在一系列信道上切换。具体实施中，将所述谐振腔中的光波导、第一部分反射器、第二部分反射器形成的总光学长度(考虑折射率)不同。优选地，所述光波导光学长度(考虑折射率)不同。所述的45度转角镜均为45°深刻蚀转角镜。第一种电极布置方式是：一个谐振腔主要由光波导、第一部分反射器、第二部分反射器组成，另一个谐振腔主要由光波导、第一部分反射器、第二部分反射器组成；其中一个谐振腔的光波导和第二部分反射器上共设一个电极，另一个谐振腔的光波导和第二部分反射器上共设一个电极，对这两个电极施加电压或电流均提供增益，改变电压或电流均以改变所述半导体激光器的输出波长。第二种电极布置方式是：一个谐振腔主要由光波导、第一部分反射器、第二部分反射器组成，另一个谐振腔主要由光波导、第一部分反射器、第二部分反射器组成；其中一个谐振腔的光波导和第二部分反射器上共设一个电极，另一个谐振腔的光波导和第二部分反射器上共设一个电极，对该两个电极施加电压或电流均提供增益，改变电压或电流均以改变所述半导体激光器的输出波长；所述耦合波导上设置一个电极，改变该电极电压或电流均以改变两个谐振腔之间的耦合关系，进而调节所述半导体激光器的单模选择性。第三种电极布置方式是：一个谐振腔主要由光波导、第一部分反射器、第二部分反射器组成，另一个谐振腔主要由光波导、第一部分反射器、第二部分反射器组成；两个谐振腔的第二部分反射器上共设一个电极，对该电极施加电压或电流均提供增益，对该电极电压或电流施加外调制信号以对所述半导体激光器进行调制；两个谐振腔的光波导的光学长度不同并且分别设一个电极作为调谐区电极，对其中一个调谐区电极施加电压或电流并调节而实现所述半导体激光器的输出波长在调谐范围内的数字式改变，对另一个调谐区电极施加电压或电流并调节而实现对所述半导体激光器的输出波长进行细调。所述的两个谐振腔中的第一部分反射器采用一个深刻蚀空气槽或者通过解理端面形成。通过设计部分反射器和中段耦合波导的尺寸可以使两个光学谐振腔之间满足一定的耦合关系，包括耦合强度关系和耦合相位关系，使激光器达到最佳的单模效果。所述的第一个光学谐振腔其谐振频率对应一系列等间隔工作信道，所述第二个谐振腔具有不同的光学长度使得它在激光器材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于半波耦合部分反射器的半导体激光器，其特征在于：包括两个谐振腔，一个谐振腔主要由光波导(102)、第一部分反射器(101)、第二部分反射器(103)组成，另一个谐振腔主要由光波导(202)、第一部分反射器(201)、第二部分反射器(203)组成；两个谐振腔沿同一直线排列并相互耦合，两个谐振腔中的两个第二部分反射器(103、203)之间通过一个公共的耦合波导(3)连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于半波耦合部分反射器的半导体激光器，其特征在于：包括两个谐振腔，一个谐振腔主要由光波导(102)、第一部分反射器(101)、第二部分反射器(103)组成，另一个谐振腔主要由光波导(202)、第一部分反射器(201)、第二部分反射器(203)组成；两个谐振腔沿同一直线排列并相互耦合，两个谐振腔中的两个第二部分反射器(103、203)之间通过一个公共的耦合波导(3)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于半波耦合部分反射器的半导体激光器，其特征在于：所述两个谐振腔的第二部分反射器(103、203)均为具有固定分光比的分光器件，一部分光经反射回到自身谐振腔，一部分光经过耦合波导(3)进入另一个谐振腔。3.根据权利要求1或2所述的一种基于半波耦合部分反射器的半导体激光器，其特征在于：所述两个谐振腔的第二部分反射器(103/203)均由一个渐变锥形波导(106/206)、两个45度转角镜(104、105/204、205)和一个多模干涉器(107/207)构成，渐变锥形波导(106/206)的一端与光波导(102/202)连接，渐变锥形波导(106/206)的另一端与多模干涉器(107/207)的一端连接，多模干涉器(107/207)的另一端与由两个并排连接布置的45度转角镜(104、105/204、205)构成的转角镜组的一端连接，转角镜组的另一端与耦合波导(3)连接；通过渐变锥形波导(106/206)和多模干涉器(107/207)共同将从光波导(102/202)传输来的光束扩宽并分成三部分，其中两侧的两部分光分别经两个45度转角镜(104、105/204、205)反射回自身谐振腔的原光波导(102/202)，另一部分光经耦合波导(3)进入另一个谐振腔。4.根据权利要求1或2所述的一种基于半波耦合部分反射器的半导体激光器，其特征在于：所述两个谐振腔的第二部分反射器(103/203)均由一个渐变锥形波导(106/206)和两个45度转角镜(104、105/204、205)构成，渐变锥形波导(106/206)的一端与光波导(102/202)连接，渐变锥形波导(106/206)的另一端与由两个并排连接布置的45度转角镜(104、105/204、205)构成的转角镜组的一端连接，两个45度转角镜(104、105/204、205)组...

【专利技术属性】
技术研发人员：何建军，郭嘉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33