非对称相移和切趾取样光栅及DFB激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种非对称相移和切趾取样光栅及DFB激光器。该方案中取样光栅是基于重构-等效啁啾技术设计与制造，即，取样光栅中的非对称相移是通过在取样光栅结构中引入等效相移，并将等效相移的位置放在DFB半导体激光器的腔的长度的55％～75％区域内，靠近激光器出光一端；切趾是通过在等效相移区两侧制作对称的齿深逐渐变化的光栅来改变光栅的耦合系数而实现的。在本方案中，相移的偏移可以有效增加DFB半导体激光器的出光功率，光栅的齿深变化实现的切趾效应可以有效降低相移区附近的折射率调制强度，有效减弱了空间烧孔效应。总体上，本发明专利技术提出的结构有效的提高了DFB半导体激光器的出光功率，保证了大功率工作条件下的单纵模特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电子
，涉及光子集成，光通信以及其他很多光电信息处理。尤其涉及一种基于重构-等效啁啾技术的非对称相移和切趾取样光栅及DFB半导体激光器。
技术介绍
进入二十一世纪以来，通信事业呈现出了蓬勃式的发展，尤其是最近这些年，随着人们对于网络课程，文献下载，网上电视等的需求越来越大，对于通信带宽的要求也越来越高，而承载这个巨大网络通讯的就是由光纤和各种光通讯器件组成的光纤网络系统。目前，光网络主要还是由很多光子器件分立组成。光子器件之间使用独立的材料，独立的制作工艺，独立的封装完成。但是随着光信息容量的进一步提高，光子集成将变成必然的发展趋势，因为器件之间的分立有很多诸如体积庞大，能耗巨大，管理成本过高等自身无法克服的巨大难题。而在光子集成中受到最广泛研究的是分布反馈式(DFB)半导体激光器。其中，高功率、单纵模、窄线宽的DFB半导体激光器是现在光纤通信技术的核心光源。但是，DFB激光器阵列芯片在光子集成领域的的应用还受到波长控制精度、单模成品率、高制造成本等多方面因素的困扰(Koch, T.L.and Koren, U."Semiconductor Photonic IntegratedCircuits, 〃 (半导体光子集成线路)IEEE J.Quantum Elect.27 (3), 641-653 (1991).)。通过在激光器光栅层引入PI相移，并且在激光器的两端镀抗放射膜(AR/AR)，提高了 DFB半导体激光器的单模成品率(1.0rfanos, T.Sphicopoulos, A.Tsigopoulos, and C.Caroubalos, "Atractable above-threshold model, for the design of DFB and phase-shifted DFBlasers, 〃( 一种应用于相移DFB激光器设计的大于阈值的理论模型)IEEE J.QuantumElect.，27(4)，946-956，(1991).)。同时，由于PI相移带来的光场分布在腔内不均匀，中间部位的光子过于集中带来了此处载流子的大量消耗，从而容易出现空间烧孔效应。空间烧孔效应会改变激光器谐振腔的光反馈的强度和相位，引起材料增益谱的起伏变化，引起边模激射，降低DFB半导体激光器的单纵模特性，线宽也因此难以变得更窄。专利“基于重构-等效啁啾技术制备半导体激光器的方法及装置”(CN200610038728.9，国际 PCT 专利，申请号(PCT/CN2007/000601)提出了一种设计 DFB半导体激光器的新的技术，通过重构-等效啁啾技术，将光栅的纳米相移结构提高到微米级别，避免了利用电子束曝光技术(E-Beam lithography)制作DFB半导体激光器所带来的成本昂贵，效率低，制作时间长等问题。对于“重构-等效啁啾技术”可以追溯到2002年冯佳、陈向飞等人的专利“用于补偿色散和偏振模色散的具有新取样结构的布拉格光栅”(CN02103383.8，授权公告号:CN1201513)中提出的为实现所需要的等效光栅的周期啁啾，在取样布拉格光栅的取样周期中引入取样周期啁啾。更重要的是，该技术使用的工艺与当前的电子集成印刷技术可以实现非常完美的兼容。通过全息制作均匀的种子光栅，再在此基础上，利用重构-等效啁啾技术设计的取样光刻版进行光刻取样，从而可以实现低成本的规模化生产。文献(Jingsi Li，Huanffang, Xiangfei Chen, Zuowei Yin，YuechunShi, Yangqing Lu，Yitang Dai and Hongliang Zhu, Experimental demonstrat1n ofdistributed feedback semiconductor lasers based on reconstruct1n equivalentchirp technology (基于重构-等效啁啾技术的DFB半导体激光器的实验验证)OpticsExpress, 2009，17(7):5240-5245.)是该技术制作的等效PI相移DFB半导体激光器的实验验证。此外，为了实现在栗浦功率不变的情况下，尽可能获得比较高的有效输出光功率，提高电注入效率，降低功耗，提出了很多具有复杂结构的DFB激光器，常见的DFB半导体激光器中引入不对称结构如:非对称相移和非对称耦合系数等(S.Jong-1n, K.Komori, S.Arai,1.Arima,Y.Suematsu, and R.Somchai, 〃Lasing characteristics of 1.5umGaInAsP-1nP SCH-BIG-DR lasers, " (1.5 微米 GaInAsP-1nP SCH-BIG-DR 激光器的特性)IEEE J.Quantum Electron.，27(6)，1736-1745，(1991).)，申请的专利有:(I)专利“基于重构-等效啁啾技术的非对称相移布拉格光栅及其激光器”(申请号:201310484338.4)中提出了相移位于腔长的60%?80%区域；(2)PI相移左右两段的光栅耦合系数不等，通过改变光栅结构的占空比来实现，专利“基于重构-等效啁啾和等效半边切趾的DFB半导体激光器及制备方法”(申请号:201410214717.6)提出通过改变半边取样光栅的占空比实现出光功率提高。尽管通过改变取样光栅结构的占空比可以等效实现对于光栅结构的切趾效应，但是当占空比很低的时候，光栅线宽会由微米精度降低到纳米精度，增加了工艺制造的难度，这样利用重构-等效啁啾技术将无法制作得到需要的切趾效应；而且通过改变占空比实现的切趾效应无法对相移区切趾，激光器腔内的光场分布尽管会有一定程度的降低，但在相移区依然存在一个尖峰。为了解决上面提到的困难，本专利技术提出了通过改变光栅的齿深来实现对于光栅的切趾。通过多次光刻和干法刻蚀工艺的重复实现光栅结构中切趾段的光栅齿深的逐渐变化是“重构-等效啁啾”技术的另外一大优势。专利“两次及多次曝光采样布拉格光栅及制作方法”(申请号:200810234184.2)提出了两次及多次曝光采样布拉格光栅的制作方法。通过改变光栅的有效齿深，实现对于光栅结构的相移处的切趾，减弱空间烧孔效应，在大电流注入时，不会出现边模抑制比降低的情况。本专利技术提出的基于重构-等效啁啾技术的非对称相移和光栅齿深变化实现切趾的取样光栅及其DFB激光器，即基于重构-等效啁啾技术的等效相移区位于腔长的55%?75%区域之间，靠近激光器输出端，可以发现DFB半导体激光器腔内的光场分布如图3所示，出光端光功率明显提高，但是相移区附近的光场分布依然很强，大功率注入时依然很有可能发生空间烧孔效应，通过多次光刻和干法刻蚀改变等效相移区两侧的光栅齿深，使之逐渐变化，达到需要的切趾效应，从而减弱空间烧孔效应，对于制备高功率、高单模成品率的DFB半导体激光器将有很大的意义。
技术实现思路
鉴于上面提出的相移可能引起的大电流注入下带来的空间烧孔效应，传统DFB半导体激光器非对称相移制造复杂等问题，本专利技术提出基于重构-等效啁啾的非对称相移和切趾取样光栅及其DFB激光器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于重构‑等效啁啾技术的非对称相移和切趾取样光栅，其特征在于：所述取样光栅是基于重构‑等效啁啾技术设计的对应于普通布拉格光栅的取样光栅结构，取样光栅结构中含有对应于普通布拉格光栅的等效光栅，取样光栅结构中的非对称相移是通过将等效相移区的位置偏离中心区，放在光栅长度的55％～75％区域之间实现，取样光栅结构中的切趾效应是通过在光栅等效相移区两侧引入左右对称的光栅齿深逐渐变化的取样光栅实现。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜平，陈向飞，陆骏，
申请(专利权)人：南京大学苏州高新技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32