一种可调谐半导体激光器制造技术

本发明专利技术属于光电子器件领域，公开了一种可调谐半导体激光器，包括：有源区、相位区和光栅区；有源区从下而上依次设置有第一衬底、第一缓冲层、第一波导层、有源层和第一覆盖层，在第一覆盖层上设有第一电极；相位区从下而上依次设置有第二衬底、第二缓冲层、第二波导层和第二覆盖层，在第二覆盖层上设有第二电极；光栅区从下而上依次设置有第三衬底、第三缓冲层、光栅层和第三覆盖层，在第三覆盖层上设有第三电极；光栅层包括：依次级联的倾斜π相移光栅和均匀布拉格光栅。本发明专利技术可以有效减小直接调制激光器频率啁啾导致的信号在传输中的损伤对误码率的影响，降低光信号在光纤中的色散代价，提高信道容量。

【技术实现步骤摘要】
一种可调谐半导体激光器
本专利技术属于光电子器件领域，更具体地，涉及一种啁啾管理可调谐半导体激光器，该激光器是一种基于倾斜π相移光栅和布拉格光栅级联的分布式布拉格反射激光器，可对直接调制过程中导致的频率啁啾进行有效管理。
技术介绍
随着人们对网络通信容量和带宽需求的迅速增长，光接入网得到了迅速的发展，低成本高速直接调制半导体激光器在光接入网中具有非常大的潜力，而其中的可调谐分布式布拉格反射(DBR)半导体激光器在TWDM-PON网络中是无色ONU的一个非常重要的光源选择。一方面可调谐DBR激光器能够快速实现多波长通道的切换，波长调谐范围覆盖了上行的所有信道；另一方面其结构简单，制作容易，成本相对较低。直接调制激光器相对于外调制激光器来说能够获得较大的输出功率，而且能够降低成本。但是直接调制会导致激光器有源区载流子随调制电流变化，从而使得激光器激射波长出现频率啁啾，这种频率啁啾会使得在光信号在光纤中传输时会由于光纤色散而导致信号发生畸变，信号质量变差，特别是在高速直接调制信号中，严重的啁啾会导致光信号传输距离受限，降低信道通信容量。为了降低直接调制激光器的啁啾对信号传输的影响，AZNA公司的YasuhiroMatsui等人于2006年提出一种基于光谱整形器(opticalspectrumreshape，OSR)的直接调制啁啾管理激光器，报道于文献“Chirp-ManagedDirectlyModulatedLaser(CML)”，IEEEPHOTONICSTECHNOLOGYLETTERS，VOL.18，NO.2，JANUARY15，2006。这种激光器通过特殊设计的外部OSR使激光器的频率在比特“0”或者“1”时基本保持不变，只在比特跳变处有变化，比特“0”和“1”时的相位差为π，同时提高了激光器的消光比，在传输过程中，比特“0”和“1”会出现相消干涉从而减小由于色散导致的信号拖尾对后续比特的影响。但是这种激光器设计时调制速率与频率啁啾需要满足严格条件要求，外部OSR也需要特殊设计，而且由于使用固定波长激光器和固定的OSR，该方案无法满足无色ONU的对低成本和无色的要求。2015年，华中科技大学的赵航等人提出了一种对可调谐三节布拉格反射(DBR)激光器进行啁啾补偿的方案，通过在对有源区直接调制的同时对相位区的电流进行反向的调制，实现了在2.5Gb/s速率下对激光器啁啾的补偿。其研究结果报道于文献“Chirp-CompensatedDBRLasersforTWDM-PONApplications”，IEEEPhotonicsJournal，Volume7，Number1，February2015。这种方案能够对直接调制激光器的绝热啁啾部分有很好的补偿，适用于绝热啁啾占主导的激光器，但是在直接调制速率达到10Gb/s或者更高的情况下，瞬态啁啾将会占据主导地位，这种方案将不再能实现啁啾完全补偿，高速情况下的信号传输距离仍然会受到限制。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种可调谐半导体激光器，目的在于有效减小直接调制激光器频率啁啾导致的信号在传输中的损伤对误码率的影响，降低光信号在光纤中的色散代价，提高信道容量；旨在解决现有技术中，在直接调制速率达到10Gb/s及以上时瞬态啁啾占据主导地位，不能实现啁啾完全补偿，信号传输距离受到限制的问题。本专利技术提供了一种可调谐半导体激光器，包括：有源区、相位区和光栅区；所述有源区从下而上依次设置有第一衬底、第一缓冲层、第一波导层、有源层和第一覆盖层，在所述第一覆盖层上设有第一电极；所述相位区从下而上依次设置有第二衬底、第二缓冲层、第二波导层和第二覆盖层，在所述第二覆盖层上设有第二电极；所述光栅区从下而上依次设置有第三衬底、第三缓冲层、光栅层和第三覆盖层，在所述第三覆盖层上设有第三电极；所述光栅层包括：依次级联的倾斜π相移光栅和均匀布拉格光栅。级联光栅能够获得一个总的窄带的反射谱，同时其总反射谱在长波长方向具有较大的下降斜率。更进一步地，所述倾斜π相移光栅与均匀布拉格光栅之间的夹角为2度～4度。能够有效减小光栅的反射率而基本不影响其透射率。更进一步地，倾斜π相移光栅的光栅周期和均匀布拉格光栅的光栅周期不同。更进一步地，倾斜π相移光栅层材料与所述第二波导层材料相同，凹槽为空气；所述均匀布拉格光栅材料与所述第二波导层材料相同，凹槽填充与所述第三覆盖层材料相同的材料。将π相移光栅倾斜一定角度是为了降低π相移光栅的反射率，凹槽填充为空气，是为了获得较大的折射率调制，从而获得窄带的透射谱。倾斜π相移光栅和均匀布拉格光栅级联可以获得较窄的反射谱，调整其光谱的位置，其总的反射率在长波长方向能够有较大的下降斜率，使得直接调制时激光器输出光信号的消光比能够得到有效提高。更进一步地，倾斜π相移光栅层材料和所述均匀布拉格光栅材料均为铟镓砷磷InGaAsP。更进一步地，有源区的左端面为解理面，所述光栅区的右端面镀有增透膜。更进一步地，光栅层的有效折射率要大于所述第三缓冲层的折射率，所述光栅层的有效折射率要大于所述第三覆盖层的折射率。更进一步地，有源层的材料带隙小于所述波导层的材料带隙，所述有源层的材料带隙小于所述光栅层的材料带隙。更进一步地，通过调整倾斜π相移光栅的周期和均匀布拉格光栅的周期，实现窄带且在长波长方向具有较大下降斜率的总反射谱，实现直接调制时大消光比输出；通过改变光栅区电流改变光栅区总的反射谱，对激光器激射波长进行调谐，调谐范围为8纳米～10纳米。其中，当光栅区注入电流增加时，倾斜π相移光栅和均匀布拉格光栅的有效折射率会降低，光栅中心波长向短波长方向移动，总的反射谱向短波长方向移动。本专利技术通过在光栅区采用两级级联的倾斜π相移光栅和均匀布拉格光栅，实现了对激光器直接调制过程中导致的频率啁啾进行有效管理，使得激光器输出光信号获得较大的消光比，能够有效减小激光器啁啾导致的信号在传输中的损伤对误码率的影响，降低光信号在光纤中的色散代价，在光纤传输过程中获得较大的色散容限，提高信道容量。同时，级联光栅在激光器内部实现，相对于所述外部滤波器方案更加易于集成，成本更低。附图说明图1是本专利技术所述激光器的纵向截面的结构示意图。图2是本专利技术所述倾斜π相移光栅和均匀布拉格光栅级联的三维结构示意图。图3是本专利技术所述倾斜π相移光栅透射谱与反射谱。图4是上述级联倾斜π相移光栅和均匀布拉格光栅的反射谱。图5是所述激光器改变光栅区注入电流时的静态波长调谐特性图。图6是所述激光器改变相位区注入电流时的静态波长调谐特性图。图7是所述激光器调制时激光器输出光谱与级联倾斜π相移光栅和均匀布拉格光栅的反射谱叠加示意图。其中1是有源区，2是相位区，3是光栅区，4是第一衬底，5是第二衬底，6是第三衬底，7是第一缓冲层，8是第二缓冲层，9是第三缓冲层，10是第一波导层，11是第二波导层，12是倾斜π相移光栅层，13是均匀布拉光栅层，14是有源层，15是第一覆盖层，16是第二覆盖层，17是第三覆盖层，18是增透膜，19是解理面，20是第一电极，21是第二电极，22是第三电极。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可调谐半导体激光器，其特征在于，包括：有源区、相位区和光栅区；所述有源区从下而上依次设置有第一衬底、第一缓冲层、第一波导层、有源层和第一覆盖层，在所述第一覆盖层上设有第一电极；所述相位区从下而上依次设置有第二衬底、第二缓冲层、第二波导层和第二覆盖层，在所述第二覆盖层上设有第二电极；所述光栅区从下而上依次设置有第三衬底、第三缓冲层、光栅层和第三覆盖层，在所述第三覆盖层上设有第三电极；所述光栅层包括：依次级联的倾斜π相移光栅和均匀布拉格光栅。

【技术特征摘要】
1.一种可调谐半导体激光器，其特征在于，包括：有源区、相位区和光栅区；所述有源区从下而上依次设置有第一衬底、第一缓冲层、第一波导层、有源层和第一覆盖层，在所述第一覆盖层上设有第一电极；所述相位区从下而上依次设置有第二衬底、第二缓冲层、第二波导层和第二覆盖层，在所述第二覆盖层上设有第二电极；所述光栅区从下而上依次设置有第三衬底、第三缓冲层、光栅层和第三覆盖层，在所述第三覆盖层上设有第三电极；所述光栅层包括：依次级联的倾斜π相移光栅和均匀布拉格光栅。2.如权利要求1所述的可调谐半导体激光器，其特征在于，所述倾斜π相移光栅与均匀布拉格光栅之间的夹角为2度～4度。3.如权利要求1或2所述的可调谐半导体激光器，其特征在于，所述倾斜π相移光栅的光栅周期和均匀布拉格光栅的光栅周期不同。4.如权利要求1-3任一项所述的可调谐半导体激光器，其特征在于，所述倾斜π相移光栅层材料与所述第二波导层材料相同，凹槽为空气；所述均匀布拉格光栅材料与所述第二波导层材料相同，凹槽填充与所述第三覆盖层材料相同的材料。5.如权利要求4所述的可调谐半导体激光器，其特征在于，所述倾斜π相移光栅层材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱尧，余永林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42