一种基于分布式相位补偿技术的半导体激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于分布式相位补偿技术的半导体激光器，涉及光纤通信和光子集成领域。该半导体激光器包括金属n电极、缓冲层、下分别限制层、发光有源层、上分别限制层、腐蚀阻挡层、光栅层、波导层、过渡层、p型欧姆接触层、金属p电极、高反射膜、抗反射膜。本发明专利技术半导体激光器的两端分别设有高反射膜和抗反射膜，以提高半导体激光器的能量利用率和输出功率；通过刻蚀波导形成电隔离，将半导体激光器分成两段或多段，通过改变每一段的电流注入分配，使得高反射镀膜带来的随机反射相位能够被有效地补偿，解决了随机反射相位造成的激射模式不稳定的问题，同时能够实现对波长的微小调控。同时能够实现对波长的微小调控。同时能够实现对波长的微小调控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式相位补偿技术的半导体激光器


[0001]本专利技术属于光电子
，涉及光纤通信和光子集成领域，具体地涉及一种基于分布式相位补偿技术的半导体激光器。

技术介绍

[0002]近几十年来，光通信技术发展十分迅速，在很多方面已经成为了主流的传输方式。其优势主要体现在：一、光的带宽很高，即信息传输容量很大；二、光在光纤中的传输损耗很低，尤其是长距离传输，光纤的优势更加明显，而且成本低，重量轻，抗干扰能力强；三、得益于半导体激光器的发展，光通信核心器件光源和光探测器的制造难度和成本也极大地降低了。然而，信息爆炸时代的到来，对数据的传输容量和带宽也提出了越来越高的要求，旧的光通信方式已无法满足如此大的数据传输量，相干光通信在这种情况下应运而生。近些年来，相干光通信有着飞速的发展，这其中，波分复用技术在光通信领域广为应用。波分复用技术通过将多个波长的光复用在同一根光纤中，能够充分利用单根光纤的带宽资源，提高信息的传输速率。
[0003]作为波分复用系统的核心器件，稳定的可调谐光源有利于降低不同信道间的串扰，从而减小波长间隔，增大传输带宽的利用率。目前主流的半导体激光器有法布里—泊罗（FP）激光器、分布反馈式（DFB）激光器、分布布拉格反射式（DBR）激光器、垂直腔面发射（VCSEL）激光器等。这其中，DFB激光器凭借其稳定的单模激射特性和波长控制特性，低制造成本以及在O波段、C波段等通信主要波段的宽波长覆盖范围，成为了可调谐光源的首要选择。DFB激光器的主要结构为在有源区附近或有源区内制作光栅形成折射率耦合或增益耦合，进而实现波长选择。增益耦合的DFB激光器制造工艺复杂，成本高，成品率低且阈值也相对较高，因此在实际的光通信领域中没有得到广泛的应用。对于折射率耦合的DFB激光器来说，普通的均匀光栅结构理论上在布拉格波长附近存在两个简并的激射模式，因而单模成品率很低。为了解决这个问题，可以采用加入相移或者进行端面镀膜的方式。在激光器中心位置加入一个π相移能够在整个腔的透射谱中心引入一个尖峰，从而保证激光器在布拉格波长处的单模激射，这是目前实现单模激射使用最广泛的方法。不过要在激光器的中心位置引入一个π相移，对加工的精度要求比较高，通常采用电子束曝光，这就需要比较高的加工成本和比较长的制作时间。同时，由于激光器的两端都需要进行抗反射镀膜以保证良好的单模稳定性，导致一个端面的光输出会被完全浪费掉，能量利用率比较低。
[0004]采用端面镀膜的方法，即在一个端面镀高反膜，一个端面镀抗反膜，也能有效地提高DFB激光器的单模成品率。相比于没有高反射镀膜的结构，一个端面的输出光被完全反射回来，因而高反—抗反镀膜的DFB激光器有着阈值低，功耗小，输出功率高，结构紧凑等优点。另一方面，由于光栅全部是均匀光栅，可以简单地通过全息曝光的方法进行制造，成本低，速度快。但是，高反射镀膜引入的端面反射相位是随机的，根据镀膜厚度的不同在0
‑
2π的范围内波动，当端面反射相位在π附近时，激光器能够实现良好的单模激射，而若是端面反射相位接近0或者2π，激光器的单模特性就会比较差。因此，这种镀膜厚度的随机性会对
激光器的输出模式带来很大的不稳定性。不同的端面反射相位不仅仅是破坏激光器的单模稳定性，同时对于激光器的激射波长也有很大的影响。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种基于分布式相位补偿技术的半导体激光器。该半导体激光器为相干光通信中的波分复用技术等提供可靠的多波长可调谐光源。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于分布式相位补偿技术的半导体激光器，包括：金属n电极、发光有源层、光栅层、波导层、金属p电极、高反射膜、抗反射膜，所述高反射膜镀膜于半导体激光器的一个出光端面上，所述抗反射膜镀膜于半导体激光器的另一个出光端面上，所述金属p电极在沿波导方向上被分成两段，其中靠近抗反射膜的一段的长度占半导体激光器总腔长的10%~90%，在该半导体激光器工作时向分为两段的金属p电极分别注入电流，其注入的相对电流大小比值变化范围为0.1~10。
[0007]进一步地，所述抗反射膜的反射率在10
‑5到10%的范围以内。
[0008]进一步地，所述高反射膜的反射率在40%到99.99%的范围以内。
[0009]进一步地，所述金属p电极通过刻蚀波导层实现电学隔离，刻蚀的宽度范围为1~5μm，刻蚀的深度范围为0.1~5μm。
[0010]进一步地，所述光栅层通过光刻技术形成种子光栅，通过周期性取样刻蚀，形成取样光栅，在种子光栅的一个取样周期内，50%的种子光栅被刻蚀。
[0011]进一步地，将种子光栅周期相同而取样周期不同的复数个半导体激光器组成激光器阵列。
[0012]进一步地，保持电学隔离的两段金属p电极的注入电流总量不变，只调节两段电流分别注入的比例。
[0013]进一步地，本专利技术还提供了一种基于分布式相位补偿技术的半导体激光器，包括：金属n电极、发光有源层、光栅层、波导层、金属p电极、高反射膜、抗反射膜，所述高反射膜镀膜于半导体激光器的一个出光端面上，所述抗反射膜镀膜于半导体激光器的另一个出光端面上，所述金属p电极在沿波导方向上被分成复数段，该复数大于2，在该半导体激光器工作时向分为复数段的金属p电极分别注入电流，并保持注入电流总量不变。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的半导体激光器的两端分别镀有高反射膜和抗反射膜，能够提高半导体激光器的能量利用率和输出功率；为了克服高反射镀膜激光器随机端面反射相位带来的激射模式不稳定的问题，本专利技术通过刻蚀形成电隔离，向刻蚀位置两侧的金属p电极分别注入电流，在保持两侧金属p电极的注入电流总量不变的前提下，调节两侧电流的注入比例，使得该半导体激光器在刻蚀位置两侧对应光栅层的有效折射率形成阶梯式的变化，实现分布式的相位变化，补偿高反射膜端面的随机反射相位造成的负面影响，调节并有效改善激光器的激射模式；同时，相较于传统π相移激光器通过电流调谐激射波长的过程中输出功率也会随之较大幅度波动的问题，本专利技术的半导体激光器可以在保持总电流不变的条件下实现波长的连续调谐，尽可能减小输出功率的波动；本专利技术半导体激光器通过调整刻蚀位置距离抗反射膜的长度，应用于不同的场景，经过仿真分析，当浅刻蚀的位置距离抗反射膜的长度占半导体激光器总腔长的10%~90%时，该半
导体激光器能够有效实现相位补偿，而当浅刻蚀的位置距离抗反射膜的长度占半导体激光器总腔长小于10%或大于90%时，相位调节效果不明显。此外，本专利技术基于分布式相位补偿技术的半导体激光器具有成本低、制备速度快的特点。
附图说明
[0015]图1为本专利技术基于分布式相位补偿技术的半导体激光器的结构示意图；图2为本专利技术中光栅层的结构示意图；图3为本专利技术中光栅层取样光栅刻写方法示意图；图4 为高反射膜端面的随机反射相位对主模和一级边模的模式增益差及激射波长的影响示意图；图5为本专利技术的半导体激光器调节注本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式相位补偿技术的半导体激光器，其特征在于，包括：金属n电极（201）、发光有源层（204）、光栅层（207）、波导层（208）、金属p电极（209）、高反射膜（210）、抗反射膜（211），所述高反射膜（210）镀膜于半导体激光器的一个出光端面上，所述抗反射膜（211）镀膜于半导体激光器的另一个出光端面上，所述金属p电极（209）在沿波导方向上被分成两段，其中靠近抗反射膜（211）的一段的长度占半导体激光器总腔长的10%~90%，在该半导体激光器工作时向分为两段的金属p电极（209）分别注入电流，其注入的相对电流大小比值变化范围为0.1~10。2.根据权利要求1所述基于分布式相位补偿技术的半导体激光器，其特征在于，所述抗反射膜（211）的反射率在10
‑5到10%的范围以内。3.根据权利要求1所述基于分布式相位补偿技术的半导体激光器，其特征在于，所述高反射膜（210）的反射率在40%到99.99%的范围以内。4.根据权利要求1所述基于分布式相位补偿技术的半导体激光器，其特征在于，所述金属p电极（209）通过刻蚀波导（208）层实现电学隔离，刻蚀的宽度范围为1~5μm，刻蚀的深度范围为0.1~5μm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕根，周亚亭，肖如磊，樊荣虎，陈向飞，
申请(专利权)人：南京华飞光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：