可调谐耦合腔半导体激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种可调谐耦合腔半导体激光器，包括：FP腔；变形式回音壁微腔，与FP腔的第一端相连接，作为FP腔的一个反射端面，该变形式回音壁微腔与FP腔形成一耦合腔结构；以及电隔离槽，设置于FP腔与变形式回音壁微腔之间；其中，光从FP腔的第二端入射后进入变形式回音壁微腔中，在变形式回音壁微腔内经过若干反射后特定波长的光反射回FP腔中。该可调谐耦合腔激光器激射的耦合模在FP腔内模式的基模占比很高，从而降低光在FP腔中的损耗，同时使耦合腔激射模式更稳定、输出功率更高；同时，变形式回音壁微腔的等效反射率谱对腔中的增益变化不敏感，激射模式不容易跳变到相邻纵模，使得可调谐耦合腔激光器可获得大的波长调谐范围。

【技术实现步骤摘要】
可调谐耦合腔半导体激光器
本公开属于光纤通信和半导体激光器
，涉及一种可调谐耦合腔半导体激光器。
技术介绍
波长可调谐激光器是波分复用系统中一个重要构成部分，也是光子集成电路以及下一代可重构光网络的关键器件之一。随着光通信技术的迅速发展，可调谐半导体激光器也在不断的向着低成本、低功耗、高边模抑制比、高输出功率、高波长切换速度、窄线宽和单片集成、以及高调制速率的方向发展。从实际应用出发，要求可调谐激光器可以大范围调谐、成本低廉、工作稳定且易于操作。目前，商业可用的单片集成的大范围可调谐半导体激光器主要是基于光栅进行选模的，如分布式反馈DFB激光器阵列和分布式布拉格反射DBR激光器。可调谐DFB激光器主要是利用了温度引起折射率变化实现波长可调谐，InP基DFB激光器的可调谐范围一般是5nm左右，通过不同调谐范围的DFB激光器做成阵列，实现较大的调谐范围。可调谐DBR激光器利用注入光栅区电流的载流子色散效应引起光吸收损耗和材料折射率的改变来实现波长的调节。传统的DBR激光器调谐范围大约10nm，最大的普通DBR激光器调谐范围达到22nm，不足以覆盖整个C波段。为了增大DBR的调谐范围，一些改进型DBR激光器，例如SGDBR、SSGDBR、DSDBR等激光器的提出，极大的拓宽了激光器的波长调谐范围。但是，基于光栅进行调节的可调谐激光器由于其制作过程中需要进行二次外延并制作高精度光栅，因此工艺非常复杂。因此，有必要提出一种制作工艺简单，且能实现大范围调谐、成本低廉、工作稳定、能够进行高速调制且易于操作的波长可调谐激光器。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种可调谐耦合腔半导体激光器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种可调谐耦合腔半导体激光器，包括：FP腔2；变形式回音壁微腔1，与FP腔2的第一端相连接，作为FP腔2的一个反射端面，该变形式回音壁微腔1与FP腔2形成一耦合腔结构；以及电隔离槽3，设置于FP腔2与变形式回音壁微腔1之间；其中，光从FP腔2的第二端入射后进入变形式回音壁微腔1中，在变形式回音壁微腔1内经过若干反射后特定波长的光反射回FP腔2中。在本公开的一些实施例中，变形式回音壁微腔1的形状是通过将正方形的顶角沿对角线向外拉伸特定距离形成的特定尺寸的变形图形，该变形式回音壁微腔1沿着变形方向的对角线与FP腔2沿腔长方向的对称轴在同一条直线上。在本公开的一些实施例中，变形式回音壁微腔1对不同的波长的光具有不同的反射率，在特定波长处具有反射率峰值，峰值之间的间距为特定尺寸下变形式回音壁微腔1两倍的纵模间隔。在本公开的一些实施例中，变形式回音壁微腔1的尺寸设置使得耦合腔结构中的变形式回音壁微腔1和FP腔2同时只有一个谐振频率在增益谱内重合，变形式回音壁微腔1和FP腔2均通过施加不同的电流或电压来改变各自的有效折射率，从而实现激射波长的调谐。在本公开的一些实施例中，通过在变形式回音壁微腔1上施加不同的电流或电压来使变形式回音壁微腔1的模式与不同的FP腔2模式进行耦合，实现激射波长的粗调；通过调节在FP腔2上施加的电流或电压实现激射波长的微调，粗调与微调协同从而实现激射波长的连续调谐。在本公开的一些实施例中，变形式回音壁微腔1的尺寸设置使得耦合腔结构中的变形式回音壁微腔1与FP腔2中的基横模相耦合。在本公开的一些实施例中，变形式回音壁微腔1的尺寸设置方法为：通过结构仿真寻找使所述变形式回音壁微腔1的等效反射率在一定波长范围内只有一个高反射率峰值(大于解理面反射率0.3)的尺寸。在本公开的一些实施例中，FP腔2为条状结构。在本公开的一些实施例中，FP腔2的第二端的端面为解理面或者端面镀膜结构。在本公开的一些实施例中，变形式回音壁微腔1能通过改变注入电流、温度、或者改变载流子浓度的方式来调控该变形式回音壁微腔1的等效折射率。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的可调谐耦合腔半导体激光器，具有以下有益效果：(1)通过引入变形式回音壁微腔作为FP腔的一个反射端面，该变形式回音壁微腔包括但不限于正方形微腔的一个角沿着对角线拉伸特定距离形成的形状，拉伸距离与回音壁微腔的尺寸有关，通过合理设置该变形式回音壁微腔的尺寸实现变形式回音壁微腔中的模式与FP腔中基横模相耦合，使得可调谐耦合腔激光器激射的耦合模在FP腔内模式的基模占比很高(超过90％)，从而降低光在FP腔中的损耗，同时使耦合腔激射模式更稳定、输出功率更高；同时，该变形式回音壁微腔的等效反射率谱对腔中的增益变化不敏感，激射模式不容易跳变到相邻纵模，使得可调谐耦合腔激光器可获得大的波长调谐范围；实现了单模、高速调制、波长大范围调谐、耦合腔激射模式更稳定、输出功率更高的优异性能；(2)通过分别在变形式回音壁微腔和FP腔施加不同的电流或电压来改变各自的有效折射率，实现波长的大范围连续调谐，其中，通过在变形式回音壁微腔1上施加不同的电流或电压来使变形式回音壁微腔1的模式与不同的FP腔2模式进行耦合，实现激射波长的粗调，通过调节在FP腔2上施加的电流或电压实现激射波长的微调，粗调与微调协同从而实现激射波长的连续调谐；(3)提出了一种优化设置变形式回音壁微腔的尺寸的方法，对于不同尺寸的回音壁微腔，变形的尺寸对应不同，通过结构仿真寻找使该变形式回音壁微腔1的等效反射率在一定波长范围内只有一个高反射率峰值(大于解理面反射率0.3)的尺寸，使得变形式回音壁微腔中的模式与FP腔中基横模相耦合，降低光在FP腔中的损耗，出射的激光更容易耦合进入光纤，并且激射模式更稳定；(4)该可调谐耦合腔半导体激光器通过引入变形式回音壁微腔，与常规的微腔的形状为圆盘型、圆环形、多边形或椭圆形的回音壁微腔相比，通过提出一种变形式回音壁微腔，并通过合理设置或优化设置其尺寸和变形(拉伸距离)，提高了回音壁微腔等效反射率的同时，优化了FP腔中的模式，使FP腔中模式以基模形式存在(FP腔中基模损耗低，稳定)，显著提高了耦合腔激光器的性能，获得了更高的输出功率，可调谐范围，边模抑制比；而常规形状的回音壁微腔在FP腔中的模式是以高阶模存在的，限制了其进一步的应用，而本申请正是解决了这一局限性；(5)该可调谐耦合腔半导体激光器不需要使用光栅进行选模，制作工艺简单，成本低、成品率和可靠性高、易于集成，可以实现大范围的数字式调谐，克服现有商业可用的调谐激光器利用光栅进行选模所存在的制作精度要求高和成本高的缺陷，在高速光纤通信系统具有良好的应用前景。附图说明图1为根据本公开一实施例所示的可调谐耦合腔半导体激光器的立体结构示意图。图2为根据本公开一实施例所示的可调谐耦合腔半导体激光器的平面结构示意图。图3为根据本公开一实施例所示的利用时域有限差分法数值计算边长10微米，变形量0.15微米的变形式回音壁微腔得到的等效反射率谱。图4为根据本公开一实施例所示的利用有限元分析法数值计算变形式回音壁微腔边长为10微米，变形量为0.15微米，FP腔宽度为2微米，腔长为300微米对应的(a)可调谐耦合腔半导体激光器腔内模式场分布及其(b)(c)局部放大图。图5为根据本公开一实施例所示的变形式回音壁微腔在不同偏置电流下，输出激光耦合到单模光纤的功率-电流曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可调谐耦合腔半导体激光器，其特征在于，包括：FP腔(2)；变形式回音壁微腔(1)，与所述FP腔(2)的第一端相连接，作为所述FP腔(2)的一个反射端面，该变形式回音壁微腔(1)与FP腔(2)形成一耦合腔结构；以及电隔离槽(3)，设置于所述FP腔(2)与变形式回音壁微腔(1)之间；其中，光从FP腔(2)的第二端入射后进入变形式回音壁微腔(1)中，在变形式回音壁微腔(1)内经过若干反射后特定波长的光反射回FP腔(2)中。

【技术特征摘要】
1.一种可调谐耦合腔半导体激光器，其特征在于，包括：FP腔(2)；变形式回音壁微腔(1)，与所述FP腔(2)的第一端相连接，作为所述FP腔(2)的一个反射端面，该变形式回音壁微腔(1)与FP腔(2)形成一耦合腔结构；以及电隔离槽(3)，设置于所述FP腔(2)与变形式回音壁微腔(1)之间；其中，光从FP腔(2)的第二端入射后进入变形式回音壁微腔(1)中，在变形式回音壁微腔(1)内经过若干反射后特定波长的光反射回FP腔(2)中。2.根据权利要求1所述的可调谐耦合腔半导体激光器，其特征在于，所述变形式回音壁微腔(1)的形状是通过将正方形的顶角沿对角线向外拉伸特定距离形成的特定尺寸的变形图形，所述变形式回音壁微腔(1)沿着变形方向的对角线与FP腔(2)沿腔长方向的对称轴在同一条直线上。3.根据权利要求1所述的可调谐半导体激光器，其特征在于，所述变形式回音壁微腔(1)对不同的波长的光具有不同的反射率，在特定波长处具有反射率峰值，峰值之间的间距为特定尺寸下变形式回音壁微腔(1)两倍的纵模间隔。4.根据权利要求1所述的可调谐耦合腔半导体激光器，其特征在于，所述变形式回音壁微腔(1)的尺寸设置使得耦合腔结构中的变形式回音壁微腔(1)和FP腔(2)同时只有一个谐振频率在增益谱内重合，所述变形式回音壁微腔(1)和FP腔(2)均通过施加不同的电流或...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝友增，黄永箴，杨跃德，肖金龙，王福丽，汤敏，翁海中，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11