锁模光纤光栅外腔半导体激光器结构制造技术

一种锁模光纤光栅外腔半导体激光器结构，其中包括：一半导体激光器，该半导体激光器构成整个器件的激光增益装置，其中间为量子阱结构有源层，在该半导体激光器上制作有激光器电极；一电吸收调制器，在该电吸收调制器上制作有调制器高频电极，该电吸收调制器与半导体激光器集成在同一芯片上，该电吸收调制器构成整个器件的调制装置，其中间为量子阱结构电吸收层；一单模光纤；一光纤光栅，该光纤光栅制作在单模光纤上；该光纤光栅与半导体激光器对接耦合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种半导体激光器结构，特别是指一种锁模光纤光栅外腔半导体激光器结构。
技术介绍
光时分复用(OTDM)技术是目前扩展光通信系统传输容量的一种解决方案，但是由于OTDM系统自身的难度，因此发展还处于实验室水平。目前该系统的容量已经达到1.45THz，将来波分复用(WDM)和OTDM系统的组合将更加充分有效地利用光纤通信带宽，因此具有非常广泛的应用前景。OTDM系统是在时域上对光脉冲信号进行分割来分组编码，因此要求光脉冲的宽度足够窄。一般要求光脉冲宽度要小于复用信号重复周期的1/3，并且要求脉冲抖动很小，系统总的时间抖动均方根值不应大于信道时隙的1/14。目前应用比较广泛的是锁模光纤激光器以及锁模光纤环形激光器，采用主动锁模技术，调制器一般为EA调制器、铌酸锂(LiNbO3)行波调制器，或者直接对半导体光放大器进行调制，最高调制速率达到了40GHz。锁模光纤激光器的优点是脉宽窄、量子噪声低、功率大；缺点是长期工作稳定性问题，例如机械振动、温度变化等因素导致的波长漂移以及重复频率的变化。另一类实现高重复频率光脉冲的方法是采用外腔结构的激光器，由半导体激光器有源区和外腔反射镜构成，外腔反射镜一般为体光栅结构。这种器件的优点是可以通过改变腔长来方便地改变脉冲重复频率，并且还可以调谐脉冲的波长；缺点是器件结构不紧凑、尺寸较大，并且稳定性不高，光路调节也比较困难。单片集成的锁模半导体激光器由于其结构紧凑，性能稳定而引起了人们的重视，随着EA调制器和半导体激光器的集成技术的发展，单片集成主动锁模激光器便随之发展起来。美国贝尔实验室90年代初制作了重复频率2.5～10GHz的集成式主动锁模激光器，日本NTT公司的K.Sato等制作了重复频率20GHz、40GHz的单片集成式主动锁模激光器(见IEEE J.Selected Topics in Quantum Electronics，5(3)，1999，“Chirped-compensated 40GHz mode-locked lasers integrated with electroabsorptionmodulators and chirped gratings”)。由上所述，单片集成的锁模半导体激光器无疑是最好的脉冲发射光源，然而器件的制作非常复杂，因此低成本的锁模激光器便是发展的一个方向，其中光纤光栅外腔半导体激光器用于超短光脉冲发射光源获得了一定的发展。传统的配置是半导体激光器和光纤光栅对接耦合，通过直接调制半导体激光器有源区注入电流来实现主动锁模。因为半导体激光器有源区比较长，结电容和寄生电容都比较大，因此直接调制速率达到10GHz比较困难。在ECOC2001会议上D.Arbel报道了在半导体激光器有源区制作两段式结构，较短的一段加上反向偏压作为可饱和吸收体，较长的一段作为有源区，然后与光纤光栅耦合形成一种混合集成式锁模半导体激光器结构。这种器件的缺点是可饱和吸收区和有源区的结构相同，没有调制信号时可饱和吸收区的光吸收也比较大，从而使得半导体激光器激射阈值电流升高。另外可饱和吸收区也不能提供足够高的调制深度，造成光脉冲序列的消光比不高，不能产生变换极限的光脉冲。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种锁模光纤光栅外腔半导体激光器结构，其中电吸收调制区和激光器有源区为单片集成式结构，再和光纤光栅对接耦合形成混合集成式结构。通过电吸收调制器对光纤光栅外腔半导体激光器谐振腔内的光进行损耗调制，在特定的调制频率下产生主动锁模效应，产生超短光脉冲序列并由光纤输出。其优点是降低了光纤光栅外腔半导体激光器的激射阈值电流，增大了光脉冲序列的消光比。另一个优点是还可以利用分数谐波(sub-harmonic)锁模效应使输出脉冲重复频率达到调制频率的数倍。本专利技术一种锁模光纤光栅外腔半导体激光器结构，其特征在于，其中包括一半导体激光器，该半导体激光器构成整个器件的激光增益装置，其中间为量子阱结构有源层，在该半导体激光器上制作有激光器电极；一电吸收调制器，在该电吸收调制器上制作有调制器高频电极，该电吸收调制器与半导体激光器集成在同一芯片上，该电吸收调制器构成整个器件的调制装置，其中间为量子阱结构电吸收层；一单模光纤； 一光纤光栅，该光纤光栅制作在单模光纤上；该光纤光栅与半导体激光器对接耦合。其中电吸收调制器的端面镀制高反射膜。其中半导体激光器内端面镀制增透膜。其中光纤的端面镀制增透膜。其中单模光纤的端面被加工成光纤透镜，使耦合效率尽可能高，以增加半导体激光器和光纤光栅的耦合效率。附图说明为进一步说明本专利技术的
技术实现思路
，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中图1是本专利技术锁模光纤光栅外腔半导体激光器的结构示意图；图2是本专利技术提出的锁模光纤光栅外腔半导体激光器的一个具体实施例的示意图。具体实施例方式请参阅图1所示，本专利技术一种锁模光纤光栅外腔半导体激光器结构，其中包括一半导体激光器1，该半导体激光器1构成整个器件的激光增益装置，其中间为量子阱结构有源层4，在该半导体激光器1上制作有激光器电极9；该半导体激光器1内端面镀制增透膜7；一电吸收调制器2，在该电吸收调制器2上制作有调制器高频电极8，该电吸收调制器2与半导体激光器1集成在同一芯片上，该电吸收调制器2构成整个器件的调制装置4；该电吸收调制器2的端面镀制高反射膜6；其中间为量子阱结构电吸收层5；一单模光纤3，该单模光纤3的端面被加工成光纤透镜10，使耦合效率尽可能高，以增加半导体激光器1和光纤光栅11的耦合效率；光纤3的端面镀制增透膜；一光纤光栅11，该光纤光栅11制作在单模光纤3上；该光纤光栅11与半导体激光器1对接耦合。下面将根据一个具体实施例来进一步描述本专利技术。图2是本专利技术提出的锁模光纤光栅外腔半导体激光器的一个具体实施例的示意图。图中显示了该锁模光栅外腔半导体激光器的基本结构，主体包括一个半导体激光器1，电吸收调制器2，以及光纤3中的光纤光栅11所构成的外腔三部分。光纤光栅外腔半导体激光器谐振腔的光反馈装置由电吸收调制器2镀制高反膜6的端面和光纤光栅11共同构成。其中4为半导体激光器1中生长量子阱结构的有源区，电吸收调制器2中生长量子阱结构的电吸收层5。通过激光器电极9注入电流IDC到量子阱结构有源层4中产生光增益对光进行放大，高频射频电路12通过调制器高频电极8将射频调制信号fRF和直流信号-I2反向加载到电吸收调制器2的量子阱结构电吸收层5中，利用量子限制斯塔克效应使电吸收调制器2的吸收系数随外加电场的变化而发生周期性变化，从而对光纤光栅外腔半导体激光器谐振腔内的光形成损耗调制。为了保证从半导体激光器1发射的光能够尽量多地耦合进单模光纤3中，以及由光纤光栅11选择反馈回的光能够尽量多地耦合进半导体激光器1中，即半导体激光器1和单模光纤3之间的耦合效率足够大，这就要求对单模光纤3的端面进行特殊加工，形成光纤透镜10，同时在半导体激光器1的内端面处镀制增透膜7，以增大半导体激光器1和单模光纤3之间的耦合效率，并减小对光纤光栅外腔半导体激光器不利的法布里-伯罗(Fabry-Perot)腔效应。光纤光栅11的制作可以利用光敏光纤的光敏特性用紫外光写入的方法实现。光纤光栅11的温度敏感性比半导体激光器1有源区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锁模光纤光栅外腔半导体激光器结构，其特征在于，其中包括：一半导体激光器，该半导体激光器构成整个器件的激光增益装置，其中间为量子阱结构有源层，在该半导体激光器上制作有激光器电极；一电吸收调制器，在该电吸收调制器上制作有调制 器高频电极，该电吸收调制器与半导体激光器集成在同一芯片上，该电吸收调制器构成整个器件的调制装置，其中间为量子阱结构电吸收层；一单模光纤；一光纤光栅，该光纤光栅制作在单模光纤上；该光纤光栅与半导体激光器对接耦合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈少武，徐庆扬，
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：11[中国|北京]