高效激射输出DFB半导体激光器装置及光子集成发射芯片制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高效激射输出DFB半导体激光器装置及光子集成发射芯片。该激光器装置的选频光栅是普通的均匀光栅或均匀取样光栅，它有两个相互电隔离的电极，激光器的一个端面被镀有高反射膜，另一个端面镀有增透膜或采取了其他增透出光措施。本发明专利技术在降低激光器阈值的同时，提高了激光器有效激射输出激光的效率；通过改变相移区、反馈区注入电流大小或比例，在消除端面相位对激光器单模特性不利影响的前提下，连续调节激光器单模激射且激射波长满足ITU－T标准要求。如果总工作电流和工作温度保持不变，改变激光器相移区和反馈区注入电流比例，使得激光器单模激射且波长连续可调变化时，激光器激射输出功率将波动很小。

High efficiency lasing output DFB semiconductor laser device and photon integrated transmitting chip

The invention discloses an efficient lasing output DFB semiconductor laser device and a photon integrated transmitting chip. The frequency selective grating of the laser device is a common uniform grating or a uniform sampling grating. It has two electrodes separated from each other. One end of the laser is coated with a high reflective film, the other end is coated with an antireflective film or other antireflective measures are taken. By changing the size or proportion of the injection current in the phase shifting region and the feedback region, the laser single-mode lasing can be continuously adjusted and the lasing wavelength meets the ITU-T standard while eliminating the adverse effect of the end-face phase on the single-mode characteristics of the laser. It is required. If the total operating current and temperature remain unchanged, the laser output power will fluctuate very little when the ratio of the phase shift and the injection current in the feedback region is changed, so that the laser single mode lasing and the wavelength can be continuously adjusted.

【技术实现步骤摘要】
高效激射输出DFB半导体激光器装置及光子集成发射芯片
本专利技术属于光电子
，涉及光纤通信、光子集成、光电传感以及其他光电信息处理。本专利技术是一种波长可在一定范围内精细可调的高效激射输出DFB半导体激光器装置及其制造方法。
技术介绍
作为光纤通信系统的核心器件，分布反馈式(DistributedFeedback,DFB)半导体激光器由于体积小、结构简单而受到世人关注。为保证DFB半导体激光器的单模成品率，通常需要在其选频光栅中引入真实相移或等效相移。在真实相移或等效相移半导体激光器中，为了消除种种随机因素而造成的激射波长漂移，要采用波长调谐措施来控制激射波长满足ITU-T标准要求。如果是单个激光器，采用附加半导体热电致冷器(ThermoelectricCooler，TEC)，通过电热调谐就能获得比较良好的激射波长调节效果。但这种电热调谐用在光子集成(Photonicintegrationcircuit,PIC)的单片集成半导体激光器阵列时，必须为各个单元激光器设置各自独立的热电控温装置，才能同时独立调节各单元激光器对准不同ITU-T标准波长。用调节各单元激光器注入电流的方法，也可同时独立控制各单元激光器激射波长对准不同的ITU-T标准波长。采用这种方法的缺点，是会导致激光器阵列输出激光功率不均衡问题。采用电热装置或改变注入电流来调节激射波长对准ITU-T标准的方法，除会导致各单元激光器输出激光功率严重不均衡外，还会造成激光器阵列结构异常复杂的问题。周亚亭、陈向飞在专利号为ZL201210370711.9的中国专利技术专利中公开了一种相移电控制取样光栅半导体激光器及其设置方法，周亚亭、王刚、朱红在专利号为ZL201310078726.2的中国专利技术专利中公开了一种相移电控制DFB半导体激光器装置及其制作方法，上述两件专利提出了一种新的分布反馈式半导体激光器结构，在这种激光器结构中，选频光栅可以是普通的均匀光栅或均匀取样光栅，其半导体激光器结构由两个反馈区和一个相移区组成，两个反馈区的电极可以用导线连接在一起形成同一个反馈区电极，控制注入反馈区和相移区注入电流的密度，就可以控制在激光器选频光栅中引入的真实相移或等效相移的大小，使激光器单模激射并调节激光器激射波长在激射信道阻波带中的相对位置，从而在一定范围内连续精细调节激光器的激射波长。为消除激光器端面相位对激光器激射性能的不利影响，上述两件专利中的相移电控制分布反馈式激光器两个端面通常被要求镀上增透膜。这样的激光器工作时，其从一个端面有效输出的激光功率，只有激光器总激射功率的一半，也就是说其实际有效激射效率为50％，激光器的阈值电流也比较高。
技术实现思路
针对现有技术中半导体激光器存在的上述不足，本专利技术提出一种新的分布反馈式半导体激光器结构。本专利技术的技术方案：一种高效激射输出DFB半导体激光器装置，所述高效激射输出DFB半导体激光器装置的选频光栅是连续的均匀光栅或均匀取样光栅(其±1级子光栅之一被选作激射信道)，它有两个相互电隔离的电极，激光器的一个端面镀上了高反射膜，被称为反射端面，激光器反射端面邻近电极被称为相移区电极，相移区电极相对应的激光器部分被称为相移区；另一个端面则镀上了增透膜或采取了其他增透出光措施，被称为出射端面，出射端面邻近电极被称为反馈区电极，反馈区电极相对应的激光器部分被称为反馈区；作为本专利技术的进一步改进，相邻的相移区和反馈区电极间通过相距一定距离、或者通过注入氦离子、或者通过刻蚀电隔离沟的方式相电隔离；作为本专利技术的进一步改进，反射端面镀膜的反射率＞90％，出射端面镀膜或增透措施的反射率＜10％；作为本专利技术的进一步改进，相移区和反馈区的长度比为1：2。本专利技术还提供一种分布反馈式半导体激光器单片集成阵列，所述分布反馈式半导体激光器单片集成阵列由上述高效激射输出DFB半导体激光器装置构成。本专利技术还提供一种光子集成发射芯片，由激光监测器阵列、上述半导体激光器单片集成阵列、调制器阵列、功率均衡器阵列和复用器，通过选择区外延生长或对接生长技术，依次生长集成到同一外延晶片上。本专利技术的有益效果是：本专利技术的激光器正常工作时，通过改变反馈区和相移区注入电流，就可以控制激光器中引入的分布相移，因而就可以调控端面相位和分布相移的共同作用效果，使激光器单模激射并控制激射波长在激射信道阻波带中的相对位置，连续地精细调节激光器的激射波长。如果激光器总的注入电流保持不变，只要通过改变反馈区、相移区注入电流的比例，就能够精细调控激光器的激射波长，且激光器保持相似的域值和激射输出功率。由于激光器的一个端面镀上了高反射膜，另一个端面镀上了增透膜或采取了其他增透出光措施，一方面，激光器绝大部分激射功率能够被有效输出，大大提高了激光器有效输出激光的效率；另一方面，激射腔内的激光自我反馈显著增强，与两端均镀增透膜相比可缩短激光器谐振腔的长度，大幅降低激光器的阈值电流。如果选频光栅采用普通均匀光栅，在相同的工作电流情况下，通过调节激光反馈区和相移区注入电流的比例，就能保证激光器单模激射的同时，可在一定范围内连续精细地调节激光器的激射波长，扫过多个相邻的ITU-T标准波长。这样就可以使用完全相同的激光器做成激光器阵列，以大大降低激光器阵列的制造成本，且激光器阵列中各单元激光器有相近的阈值电流和均衡的激射功率输出。如果选频光栅采用均匀取样光栅，在相同种子光栅的情况下，通过为取样光栅选择不同的取样周期，就可以对激射波长来进行初步控制，通过改变激光器反馈区和相移区注入电流大小或比例，就可以进而精细调节激光器激射波长。与采用普通均匀光栅作选频光栅相比，可大幅提高激射波长可调控范围。用这样的激光器制造激光器阵列，可制造激射波长数更多的多波长激光器阵列。附图说明图1是本专利技术激光器的结构示意图；图2是双紫外光束干涉制作均匀光栅的工艺示意图；图3是双紫外光束透过取样模板发生干涉制作取样光栅的工艺示意图。图4是多波长光子集成发射芯片功能结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。实施例一本实施例提供一种高效激射输出DFB半导体激光器装置，如图1所示，其选频光栅为均匀光栅或均匀取样光栅，整个激光器分成相移区和反馈区两部分，相移区所在端面镀上了高反射膜，反馈区端面镀上增透膜或采取了其他增透出光措施。本实施例中：相移区和反馈区的电极间，可以通过相距一定距离、或者通过注入氦离子、或者通过刻蚀电隔离沟等方式相电隔离。本专利技术高效激射输出DFB半导体激光器装置激射波长精细调节的实现原理如下：我们以图1为例来进行说明，为简便起见，设激光器反馈区和相移区的长度分别为LP＝L，那么当激光器反馈区和相移区被注入不同电流密度，由于电流热效应(起主要作用)和载流子等离子效应的共同作用效果，激光器反馈区和相移区的有效折射率nR和nP将不同，因而在光传输空间，激射信道的均匀光栅就变成了啁啾调制光栅，在激射信道获得的分布相移θDPS大小可表示为Λ为反馈区激射信道的光栅周期。与此同时，由于相移区的端面镀有高反射膜，因而在激光器的这个端面有任意大小的端面相位θEFPS，分布相移θDPS和端面相位θEFPS的联合作用效果，可看成是在激光器的激射信道引入了一个总相移θ总，有θ总＝θDPS+θEFPS(2)θ总决本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高效激射输出DFB半导体激光器装置，其特征在于：所述装置的选频光栅是沿激光腔连续的均匀光栅或均匀取样光栅，它有两个相互电隔离的电极，激光器的一个端面为镀有高反射膜的反射端面，激光器反射端面邻近电极为相移区电极，相移区电极相对应的激光器部分为相移区；另一个端面为镀有增透膜或采取增透出光措施的出射端面，出射端面邻近电极为反馈区电极，反馈区电极相对应的激光器部分为反馈区。

【技术特征摘要】
1.高效激射输出DFB半导体激光器装置，其特征在于：所述装置的选频光栅是沿激光腔连续的均匀光栅或均匀取样光栅，它有两个相互电隔离的电极，激光器的一个端面为镀有高反射膜的反射端面，激光器反射端面邻近电极为相移区电极，相移区电极相对应的激光器部分为相移区；另一个端面为镀有增透膜或采取增透出光措施的出射端面，出射端面邻近电极为反馈区电极，反馈区电极相对应的激光器部分为反馈区。2.根据权利要求1所述的高效激射输出DFB半导体激光器装置，其特征在于：相邻的相移区和反馈区电极间通过设置间距、或者通过注入氦离子、或者通过刻蚀电隔离沟的方式相电隔离。3.根据权利要求1所述的高效激射输出DFB半导体激光器装置，其特征在于：反射端面镀膜的反射率＞90％，出射端面镀膜或增透措施的反射率＜10％。4.根据权利要求1所述的高效激射输出DFB半导体激光器装置，其特征在于：相移区和反馈区的长度比为1：2。5.一种分布反馈式半导体激光器单...

【专利技术属性】
技术研发人员：周亚亭，赵勤贤，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32