一种用半波耦合环形谐振腔选模的半导体激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种用半波耦合环形谐振腔选模的半导体激光器。至少包括有源或无源的环形谐振腔、内部带有增益区的有源谐振腔和耦合器；所述耦合器为π相位四端口耦合器包含四个端口，其中第一端口和第二端口与有源谐振腔相连，第三端口第四端口与环形谐振腔相连。本发明专利技术只需要单个环形谐振腔配合一个有源谐振腔以及一个π相位四端口耦合器实现半导体激光器的单模工作，并且环形谐振腔的直径大小不受限制，简化了制作工艺，π相位四端口耦合器的制作工艺也相对简单。此外，在作为可调谐半导体激光器应用时，单个环形谐振腔的半导体激光器在可调谐的应用中能够简化调谐的控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体激光器，尤其涉及一种用半波耦合环形谐振腔选模的半导体激光器。
技术介绍
环形谐振腔结构紧凑，具有尖锐的滤波峰，并且不需要外加的反射镜或者光栅反 射器等反馈结构，因此一经提出在有源和无源集成光电子器件领域都得到了相当高的关 注，在波分复用、光开关、光路由、光调制、波长转换、半导体激光器等方面有广泛应用。而环 形谐振腔耦合半导体激光器由于其体积小，并且不需要解离面作为反射镜，从而成为了光 子集成电路中理想的光源。环形谐振腔耦合半导体激光器特有的行波工作方式使它不但可 以避免激光腔内的空间烧孔效应，而且对外界反馈不敏感，从而保持稳定单模工作。传统的单个环形谐振腔耦合半导体激光器如图1所示，这类器件利用环形谐振腔 尖锐的洛仑兹滤波特性来提高激光器的边模抑制比，线宽和啁啾特性。单环耦合的半导体 激光器为了维持单模工作，通常需要把环形谐振腔的弯曲半径做的比较小来扩大环形谐 振腔的自由光谱范围(FSR)，如Seoijin Park等人在他们的文章“Single-Mode Lasing Operation Using a Microring Resonator as affavelength Selector，，，IEEE J. Quantum Electron, Vol. 38，pp270 273，2002中制作了直径为5 20 y m的环形谐振器，其最大自 由光谱范围为42nm，以足够大的自由光谱范围来保证激光器的单模工作。但小的弯曲半径 也会引入较大的波导弯曲损耗，与此同时，小直径环形谐振腔的耦合器的设计与制作也有 很大的困难，通常需要使用电子束光刻技术来制作相应耦合比的方向耦合器。因此，单环半 导体激光器的制作成本比较高，在大规模产业化中通常不使用。最近，双环谐振腔耦合的半导体激光器受到很多的关注，如T. Segawa 等人 在他 们 的 文 章"Full C-Band Tuning Operation of Semiconductor Doub1e-RingResonator-Coupled Laser With Low Tuning Current，，IEEE Photon. Tech. Lett.，Vol. 19，pp. 1322 1324,2007中利用两个互相耦合的无源环形谐振腔的游标效应 来实现激光器的选模，并在50nm的范围内实现了无跳模调谐。双环谐振腔耦合的方式使对 环形谐振腔半径的限制大大放宽，双环的游标效应还能增加激光器的边模抑制比，并能进 一步利用游标效应扩大激光器的调谐范围。但是，双环谐振腔耦合半导体激光器的工作需 要在两个环形谐振腔上分别加电极以保证两个环形谐振腔滤波峰的对准，并且双环在激光 器调谐控制时需要更为复杂的电流控制操作。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用半波耦合环形谐振腔选模的 半导体激光器。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的本专利技术至少包括有源或无源的环形谐振腔、内部带有增益区的有源谐振腔和耦合器；所述耦合器为n相位四端口耦合器包含四个端口，分别是第一端口，第二端口，第三端口和第四端口，其中第一端口和第二端口与有源谐振腔相连，第三端口第四端口与环形谐 振腔相连。所述环形谐振腔中还设有折射率能改变的第一调谐区。所述Ji相位四端口耦合器与有源谐振腔的第一端口或第二端口外侧设有折射率 能独立改变或与第一调谐区同步改变的第二调谐区。所述第一调谐区和第二调谐区通过同一个电极正向注入电流或施加反向电压，并 且第一调谐区的光程占环形谐振腔的总光程的比例和第二调谐区的光程占有源谐振腔的 总光程的比例相等。所述内部带有增益区的有源谐振腔是环形谐振腔。所述的Ji相位四端口耦合器由三根由上而下等间距排列的波导构成。本专利技术与
技术介绍
相比，具有的有益效果是本专利技术只需要单个环形谐振腔配合一个有源谐振腔以及一个Ji相位四端口耦合 器实现半导体激光器的单模工作，并且环形谐振腔的直径大小不受限制，简化了制作工艺， ^相位四端口耦合器的制作工艺也相对简单。此外，在作为可调谐半导体激光器应用时，单 个环形谐振腔的半导体激光器在可调谐的应用中能够简化调谐的控制。附图说明图1为本专利技术第一种实施方式结构示意图；图2为普通Ji /2相位耦合环形半导体激光器的结构示意图；图3为普通Ji /2相位耦合单环半导体激光器和Ji相位耦合单环半导体激光器的 中起滤波作用的无源环形谐振腔透射系数对比图；图4为相同耦合系数下普通Ji /2相位耦合单环半导体激光器和Ji相位耦合单环 半导体激光器的阈值增益差的对比图；图5为本专利技术第二种实施方式结构示意图；图6为本专利技术第三种实施方式结构示意图；图7为Ji相位耦合环形谐振腔与有源谐振腔两套谐振频率位置关系的示意图以 及激光工作物质的增益光谱曲线；图8为图5中所示的工作方式下激光器波长数字式调谐的效果图；图9为本专利技术第四种实施方式结构示意图；图10为本专利技术第四种实施方式下激光器无跳模调谐的效果图；图11为本专利技术第五种实施方式结构示意图；图12为本专利技术Ji相位耦合器结构示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。图2是本专利技术用半波耦合环形谐振腔选模的半导体激光器的第一个实施方案。本 专利技术至少包括有源或无源的环形谐振1、内部带有增益区的有源谐振2和耦合器；所述耦 合器为n相位四端口耦合3包含四个端口，分别是第一端口 31，第二端口 32，第三端口 33和第四端口 34，其中第一端口 31和第二端口 32与有源谐振腔2相连，第三端口 33第四端 口 34与环形谐振腔1相连；所述内部带有增益区的有源谐振腔2是环形谐振腔或者法布 里-珀罗谐振腔。所述n相位四端口耦合器是带有损耗的，损耗和第一端口和第三端口的 输入光强及相位相关。在环形谐振腔的谐振波长上，从第一端口进入的光和第三端口入射 的光在第二端口相干加强，耦合器的损耗由于相干作用而抵消，使得谐振波长的光能够以 较低损耗从第一端口通过到第二端口。环形谐振腔和n相位四端口耦合器共同对有源谐 振腔中的多个纵模产生选择性，使得激光器在环形谐振腔的谐振波长或其附近单模激射。该激光器的有源谐振腔2包括一段增益波导和第一反射镜22和第二反射镜23两 个反射镜，整个激光器可以看作一个腔内放置了环形谐振腔的以第一反射镜22和第二反 射镜23作为反射镜的法布里_珀罗(FP)腔。无源环形谐振腔1通过一个Ji相位四端口 耦合器3与有源谐振腔2发生能量耦合。这里ji相位四端口耦合器3采用的是耦合相位 为n的对称耦合器。当有源谐振腔2中传播的光到达Ji相位四端口耦合器3时，会有一小部分光耦合 到无源环形谐振腔1里，并在里面发生谐振，当无源环形谐振腔1的光程(光程为无源环形 谐振腔1的几何长度乘以其折射率)满足光波长的整数倍时，该波长称为无源环形谐振腔 1的谐振波长。n相位四端口耦合器3是带损耗的，当输入端(如第一端口 31和第三端口 33)输入的光波的相位差为Ji且振幅相等时，该耦合器能无损耗工作，而当输入端相位差 非n时，该耦合器将有能量损耗。因此，只有无源环形谐振腔1的谐振波长上的光能无损 耗地通过Ji相位四端口耦合器3耦合回有源谐振腔2中。所以，只有满足无源环形谐振腔 1和有源谐振腔2的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用半波耦合环形谐振腔选模的半导体激光器，至少包括有源或无源的环形谐振腔（１）、内部带有增益区的有源谐振腔（２）和耦合器；其特征在于：所述耦合器为π相位四端口耦合器（３）包含四个端口，分别是第一端口（３１），第二端口（３２），第三端口（３３）和第四端口（３４），其中第一端口（３１）和第二端口（３２）与有源谐振腔（２）相连，第三端口（３３）第四端口（３４）与环形谐振腔（１）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：虞婷婷，王磊，何建军，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]