抛物柱面波导型准直透镜和可调外腔激光二极管制造技术

本发明专利技术涉及一种半导体基的抛物柱面波导型准直透镜和单片集成型可调外腔激光二极管光源。单片集成型可调外腔激光二极管光源包括用于产生光信号增益的增益媒质、用于把发散光束校正为平行光束的准直透镜、平行光束通过其传播的无源波导、通过响应于外部电信号改变位于通过条形波导传播的平行光束的传播通路上的媒质的折射率而改变所述平行光束的传播方向的光反射器，其中这些部分集成在一个由ＩｎＰ基半导体和例如ＧａＡｓ基半导体、Ｓｉ基半导体、ＬｉＮｂＯ↓［３］基半导体等材料制成的衬底上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种抛物柱面波导型准直透镜(parabolic waveguide-typecollimating lens)和设置有其的可调外腔激光二极管；更具体而言，涉及一种能无模式跳变(mode hopping)地实现连续波长可调特性的抛物柱面波导型准直透镜和设置有其的可调外腔激光二极管。
技术介绍
通常，Littman-Metcalf型外腔和Littrow型外腔经常用作选择特定波长的外腔，以采用衍射光栅从具有预定增益带宽范围的增益媒质中选择特定波长。常规波长可调激光二极管技术是通过采用MEMS(微机电系统，micro-electro-mechanical system)机械移动衍射光栅或反射镜而改变波长的外腔激光二极管。然而，常规技术因为由各种光学元件和MEMS技术的驱动部分构成而封装困难，且其具有易于受外部变化影响的缺点。并且，它具有需要形成在半导体激光器端面上的高质量高成本的抗反射薄膜的缺点。图1是示出根据现有技术的Littman-Metcalf型外腔激光二极管光源的示意图。参照图1，Littman-Metcalf型外腔包括具有宽的波长带宽的增益媒质101、用于使增益媒质101所产生的光束平行的准直透镜102、用于衍射该平行光束的衍射光栅103和用于反射衍射光束的反射镜104。如果光束从增益媒质101产生，该产生的光束被准直透镜102会聚得平行，且平行光束被衍射光栅103衍射到反射镜104。此时产生的光束的波长如下mλ＝nd(sinα+sinβ) 方程1其中m表示衍射级数，n表示折射率，d表示衍射光栅的周期，α表示入射角且β表示衍射角。通常，由于衍射的级数和衍射光栅的周期在其制造时确定，为了在Littman-Metcalf型外腔激光二极管中实现波长调谐，改变入射到衍射光栅上的入射角或者改变反射镜的角度。虽然增益媒质101的发射面由解理面或反射薄膜制成，其本质上要求在位于增益媒质101内部的端面上淀积高质量的抗反射薄膜106，以抑制由于法布里-玻罗(Fabry-Perot)谐振腔所导致的多波长振荡。在图1中，反射镜104通过机械装置控制朝向衍射光栅103的角度，因此在入射到反射镜104的光束中，反射镜104可以仅反射具有特定波长的垂直入射光束到衍射光栅。反射回衍射光栅103的光束再次被衍射光栅103衍射，通过准直透镜102回到激光二极管101。如果反射镜104从位置104a旋转到位置104b，垂直入射到反射镜104上的光束的类型改变了。即，虽然具有预定波长的第一光束105a垂直入射到反射镜104的位置104a上，以被反射到衍射光栅103，如果反射镜的位置由于反射镜104的旋转而变化到位置104b，具有另一波长的第二光束105b垂直入射到反射镜104上以被反射到衍射光栅103。因此，根据反射镜104所设置的角度，反射回增益媒质101的光束的波长变化，且相应于反射镜104的角度而实现波长调节。如此，应该指出，Littman-Metcalf型外腔可以通过控制反射镜104的角度而改变波长。另一方面，Littrow型外腔激光二极管光源可以通过控制衍射光栅的角度而改变波长。图2是示出根据现有技术的Littrow型外腔激光二极管光源的示意图的结构图。参照图2，Littrow型外腔激光二极管光源的结构与Littman-Metcalf型外腔激光二极管光源的类似。只是，Littrow型外腔激光二极管光源不是通过控制反射镜104的角度，而是通过控制衍射光栅103的角度而改变波长。此时振荡的光束的波长如下mλ＝2ndsinα 方程1其中m表示衍射级数，n表示折射率，d表示衍射光栅的周期，且α表示入射角(衍射角β等于入射角α)。如在图1中所述，增益媒质101的前端面107由解理面或反射薄膜制成，其本质上要求在位于增益媒质101内部的截面上淀积高质量的抗反射薄膜106，以抑制由于法布里-玻罗(Fabry-Perot)谐振腔所导致的多波长振荡。类似地，与上述Littman-Metcalf型外腔激光二极管光源中类似，由于衍射的级数和衍射光栅的周期在其制造时确定，可以通过改变入射到衍射光栅上的入射角而调节波长。如果光束从增益媒质101产生，产生的光束被准直透镜102会聚得平行，且通过衍射具有响应于衍射光栅103的角度的特定波长的光束而通过准直透镜102将具有特定波长的光束反射回增益媒质101。最后，通过响应于衍射光栅103设置的角度而改变反射回增益媒质101的光束的波长而实现谐振波长的调节。如上所述，常规Littman-Metcalf或Littrow型外腔可调激光器可以通过控制角度而选择具有特定波长的光束，其中角度的控制通过机械旋转反射镜或衍射光栅而实现。因此，由于反射镜或衍射光栅被精确地机械旋转，其具有这样的缺点激光器稳定性降低；激光器易受外部震动影响；激光器具有大尺寸；且激光器在其封装过程中需要多个光学元件。而且，其另一缺点是由于光学对准不容易而增加了生产成本。而且，SGDBR(取样光栅分布式布拉格反射器)和SSDBR(超结构分布式布拉格反射器)等被用作其他不同的常规可调光源。图3是示出根据现有技术的SGDBR型可调半导体激光器的示意图。由于SGDBR可调半导体激光器由4个输入注入电流控制部分即增益部分、两个SGDBR部分和相移部分制成，其具有难于发现特定波长的运行条件的缺点。另一方面，在图3中，分别地，参考标号201表示增益媒质(有源波导)，参考标号202表示无源波导，参考标号203表示SGDBR，参考标号204表示抗反射薄膜，参考标号205表示底欧姆接触，参考标号206表示欧姆层，且参考标号207表示欧姆电极。图4是描述常规半导体基抛物柱面反射镜的平面图。参照图4，入射到光纤的光束被传送到输入无源波导302，因此以辐射角θ分散到条形波导301。分散的光束被RIE(反应离子刻蚀)而蚀刻的抛物柱面TIR(内全反射)镜304变成反射到平行于x方向的方向的平行光束307。此时，由于无源波导302的折射率与空气折射率之间的差异，抛物柱面镜根据斯涅尔定律反射入射到其上的光束，优选如果入射到抛物柱面镜的入射角(γ)306在临界角以上，则在反射镜处产生的损耗由于在抛物柱面反射镜处全反射光束而最小化。图5A到5C是示出半导体基抛物柱面反射镜沿图4的线A-A’、B-B’和C-C’所取的截面图。衬底由Si、InP基半导体和GaAs基半导体之一制成。底覆层311、无源波导芯层312和顶覆层313形成在衬底上。并且，采用RIE，输入无源波导和抛物柱面全反射镜形成空气层314。图6是示出根据现有技术的半导体基抛物柱面反射镜的平行光形成的图。如图6所示，以任意入射角入射到抛物线中的焦点F(a，0)的光束被反射为平行于x轴的光束。另一方面，根据抛物线的定义所给出的线是这样的一系列点，其中给定线上的点与焦点F(a，0)之间的距离等于在给定线上的点与垂直线即x＝-a上的点之间的距离。因此，显然，由于从焦点F(a，0)通过给定线到任意线x＝s之间的距离不依赖于入射角，而总是彼此相等，所以反射的光束307是平行光束。然而，在抛物柱面反射镜中，由于入射光束的方向与出射光束的方向存在90°差，其具有制造过程中在晶片上的集成度低的缺点。由于在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抛物柱面波导型准直透镜，包括：　　　　输入波导，接收来自外部的光束；和　　　　抛物柱面波导，将从所述输入波导传送的光束校正为平行光，　　　　其中所述输入波导的末端和抛物柱面波导的输入端设置于所述抛物柱面波导的焦点，且抛物柱面波导的输入端宽度大约是从所述抛物面波导的顶点到焦点的距离的４倍。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金铉洙，沈恩德，
申请(专利权)人：韩国电子通信研究院，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]