一种半导体激光器及其应用的10GPONOLT、OTDR检测光模块和大容量数据通信光模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种半导体激光器及其应用的10G PON OLT、OTDR检测光模块和大容量数据通信光模块，所述半导体激光器单片集成有至少两段串联的发光波长不同的单纵模激光器，从而在同一光路完成多波长激光器的信号输出与合波。半导体激光器中任意两个单纵模激光器之间可以设置有吸收区，各单纵模激光器的增益区可以相同也可以不同。这样极大的简化了光学子组件或光模块内光路控制方式，省去了其它现有方案所需的合波器、滤波片等光路控制组件，降低了实现成本，简化了封装工艺。简化了封装工艺。简化了封装工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体激光器及其应用的10G PON OLT、OTDR检测光模块和大容量数据通信光模块


[0001]本技术涉及半导体激光器领域，具体涉及一种单片集成有多段串联的发光波长不同的单纵模激光器的半导体激光器及其应用。

技术介绍

[0002]当前，光通信系统对芯片集成设计、器件及模块封装的高度集成化、小型化、低功耗等性能提出了更高的要求。不同的应用系统对光源的速率、波长等性能要求不同。在无源光网络(PON)中，目前较多采用的集成多个下行发射芯片的组合方式有几种，较常用方案是先分别独立封装入TO，再通过滤波片、耦合透镜等实现合波，然而这种方案存在损耗大、体积大、封装过程复杂等缺点。
[0003]对于发射端的多波长集成，还存在其它几种合波的方式，例如Box封装方案，将具有不同波长的激光器芯片LD各自独立贴片于过渡热沉之上，形成阵列排列，之后分别通过各自的准直透镜将输出光准直，各通道再通过基于空间光学的合波器合波，经隔离器、光路调节块、耦合透镜将光汇聚耦合至光纤。这种方案存在体积大、结构复杂、成本高，封装过程需要多次进行有源对光准直及耦合，封装工艺复杂难度高等缺陷。
[0004]另有一类基于激光器集成阵列芯片与平面波导合波器集成的方式，这种方式将Box封装方案中阵列排列，准直透镜和合波器的功能在一颗芯片上完成，但是此方案存在芯片制作难度大，需要有源无源集成工艺，芯片良率低、合波器损耗较大等问题是主要缺陷。

技术实现思路

[0005]本技术通过沿光场传播方向(纵向)级联多个波长激光器的方式形成多波长单片集成，从而在同一光路完成多波长激光器的信号输出与合波。应用涉及需要多个波长集成的领域，包括但不局限于混合无源光网络系统，光时域反射OTDR在线检测、数据通信波分复用系统、5G无线前传、激光雷达Lidar等。
[0006]本技术提供了一种半导体激光器，半导体激光器单片集成有至少两段串联的发光波长不同的单纵模激光器，其中，靠近出光端面的单纵模激光器激射波长小于靠近背光端面的单纵模激光器激射波长，出光端面镀增透膜；单纵模激光器包括用于实现单纵模输出的光栅，每段单纵模激光器的发光波长在其它段的单纵模激光器的光栅的布拉格阻带之外；单纵模激光器的边模抑制比大于30dB；单纵模激光器采用直流或者直流加交流电信号泵浦。
[0007]优选地，光栅在有源区之下或有源区之上。
[0008]优选地，任意两个单纵模激光器之间设置有吸收区，吸收区中的光栅结构与相邻两侧的单纵模激光器中较短发光波长侧的单纵模激光器中的光栅结构相同，吸收区施加反偏电压或不施加电压。
[0009]优选地，同一种材料的增益范围可覆盖各段单纵模激光器的工作波长时，各段单
纵模激光器增益区采用同一种材料，并采用相同的结构；否则，各段单纵模激光器增益区采用不同的材料和/或结构。
[0010]优选地，各段单纵模激光器包括独立的P电极，各段单纵模激光器的N 电极独立或者共用。
[0011]优选地，各段吸收区包括独立的P电极，其N电极与相邻两侧的单纵模激光器中较短发光波长侧的单纵模激光器共用。
[0012]优选地，所有吸收区和单纵模激光器共用N电极。
[0013]优选地，背光端面镀高反膜或增透膜，或者保持解理状态。
[0014]本技术还提出了一种基于上述半导体激光器的10G PON OLT，半导体激光器包括两段串联的发光波长不同的单纵模激光器，两段单纵模激光器的发光波长的范围分别为1480
‑
1500nm和1575
‑
1580nm。
[0015]优选地，半导体激光器封装在一个TO
‑
CAN中。
[0016]本技术还提出了一种基于上述半导体激光器的OTDR检测光模块，半导体激光器包括两段串联的发光波长不同的调制信号发生激光器与重复脉冲探测信号发生单纵模激光器。
[0017]本技术还提出了一种大容量数据通信光模块，其包括前述的半导体激光器。
[0018]本技术的有益效果在于，纵向级联集成方式使得各个工作波长可以在满足各自性能要求的情况下独立工作；极大的简化了光学子组件或光模块内光路控制方式，省去了其它现有方案所需的合波器、滤波片等光路控制组件，降低了实现成本，简化了封装工艺。
附图说明
[0019]图1(a)
‑
(c)为本技术提出的沿光场传播方向依次级联的多段单纵模激光器；
[0020]图2(a)
‑
(b)为实施例1中的双波长直接调制激光器发射芯片的截面图；
[0021]图3为实施例2的结构示意图
[0022]图4为实施例3的结构示意图。
[0023]图中：201
‑
N型电极，201
‑1‑
N型第一电极，201
‑2‑
N型第二电极，202
‑
N 型衬底，203
‑
下包层，204
‑
下分别限制层，205
‑
应变多量子阱有源层，206
‑ꢀ
上分别限制层，207
‑
缓冲层，208
‑
光栅层，209
‑
上包层，210
‑
脊波导，211
‑
P 侧欧姆接触层，212
‑
P型电极，212
‑1‑
P型第一电极，212
‑2‑
P型第二电极， 212
‑3‑
P型第三电极，213
‑
前端面，214
‑
1490nm增益段，215
‑
第一电隔离沟道，216
‑
1490nm吸收区，217
‑
第二电隔离沟道，218
‑
1577nm增益段，219
‑ꢀ
镀高反膜的背光端面，220、221、222
‑
光栅。
具体实施方式
[0024]下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本技术的技术方案。
[0025]本技术提出了一种半导体激光器，其沿光场传播方向级联具有不同工作波长的多段单纵模半导体激光器。各段的工作波长即为各段的激射波长。
[0026]如图1(a)
‑
(c)所示，半导体激光器沿光场传播z方向依次级联多段单纵模激光器。器件中各段均为单纵模工作，保证边模抑制比大于30dB，即只有一个主要激射波长。实现单
纵模工作的方式采用包括但不局限于增益耦合分布反馈光栅、损耗耦合分布反馈光栅、折射率耦合型分布反馈相移光栅、非对称端面的折射率耦合型分布反馈均匀光栅等。保证单模工作的光栅层可以在有源区之下(N侧光栅)，也可在有源区之上(P侧光栅)。
[0027]器件的各段按工作波长的大小顺序排列逐次级联，如图1(a)所示，波长λ1<λ2&a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器单片集成有至少两段串联的发光波长不同的单纵模激光器，其中，靠近出光端面的单纵模激光器激射波长小于靠近背光端面的单纵模激光器激射波长，所述出光端面镀增透膜；所述单纵模激光器包括用于实现单纵模输出的光栅，每段单纵模激光器的发光波长在其它段的单纵模激光器的光栅的布拉格阻带之外；所述单纵模激光器的边模抑制比大于30dB；所述单纵模激光器采用直流或者直流加交流电信号泵浦。2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述光栅在有源区之下或有源区之上。3.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，任意两个单纵模激光器之间设置有吸收区，所述吸收区中的光栅结构与相邻两侧的单纵模激光器中较短发光波长侧的单纵模激光器中的光栅结构相同，所述吸收区施加反偏电压或不施加电压。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的半导体激光器，其特征在于，同一种材料的增益范围可覆盖各段单纵模激光器的工作波长时，各段单纵模激光器增益区采用所述同一种材料，并采用相同的结构；否则，各段单纵模激光器增益区采用不同的材料和/或结构。5.根据权利要求1
‑
3任一所述的半导体激光器，其特征在于，各段单纵模激光器包括独立的P电极，各段单纵模激光器的N电极独立或者共用。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚燕萍，李文，陈洋俊，
申请(专利权)人：日照市艾锐光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：