[發(fā)明專利]一種用半波耦合環(huán)形諧振腔選模的半導(dǎo)體激光器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010143746.X
• 申請(qǐng)日: 2010-04-09
• 公開（公告）號(hào): CN101800397A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 虞婷婷;王磊;何建軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S5/10
• 分類號(hào): H01S5/10;H01S5/065
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器，尤其涉及一種用半波耦合環(huán)形諧振腔選模的半導(dǎo)體激光器。

背景技術(shù)

環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)緊湊，具有尖銳的濾波峰，并且不需要外加的反射鏡或者光柵反射器等反饋結(jié)構(gòu)，因此一經(jīng)提出在有源和無源集成光電子器件領(lǐng)域都得到了相當(dāng)高的關(guān)注，在波分復(fù)用、光開關(guān)、光路由、光調(diào)制、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換、半導(dǎo)體激光器等方面有廣泛應(yīng)用。而環(huán)形諧振腔耦合半導(dǎo)體激光器由于其體積小，并且不需要解離面作為反射鏡，從而成為了光子集成電路中理想的光源。環(huán)形諧振腔耦合半導(dǎo)體激光器特有的行波工作方式使它不但可以避免激光腔內(nèi)的空間燒孔效應(yīng)，而且對(duì)外界反饋不敏感，從而保持穩(wěn)定單模工作。

傳統(tǒng)的單個(gè)環(huán)形諧振腔耦合半導(dǎo)體激光器如圖1所示，這類器件利用環(huán)形諧振腔尖銳的洛侖茲濾波特性來提高激光器的邊模抑制比，線寬和啁啾特性。單環(huán)耦合的半導(dǎo)體激光器為了維持單模工作，通常需要把環(huán)形諧振腔的彎曲半徑做的比較小來擴(kuò)大環(huán)形諧振腔的自由光譜范圍(FSR)，如Seoijin?Park等人在他們的文章“Single-Mode?Lasing?Operation?Using?a?Microring?Resonator?as?aWavelength?Selector”，IEEE?J.Quantum?Electron，Vol.38，pp270～273，2002中制作了直徑為5～20μm的環(huán)形諧振器，其最大自由光譜范圍為42nm，以足夠大的自由光譜范圍來保證激光器的單模工作。但小的彎曲半徑也會(huì)引入較大的波導(dǎo)彎曲損耗，與此同時(shí)，小直徑環(huán)形諧振腔的耦合器的設(shè)計(jì)與制作也有很大的困難，通常需要使用電子束光刻技術(shù)來制作相應(yīng)耦合比的方向耦合器。因此，單環(huán)半導(dǎo)體激光器的制作成本比較高，在大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化中通常不使用。

最近，雙環(huán)諧振腔耦合的半導(dǎo)體激光器受到很多的關(guān)注，如T.Segawa等人在他們的文章“Full?C-Band?Tuning?Operation?of?Semiconductor?Double-RingResonator-Coupled?Laser?With?Low?Tuning?Current”IEEE?Photon.Tech.Lett.，Vol.19，pp.1322～1324，2007中利用兩個(gè)互相耦合的無源環(huán)形諧振腔的游標(biāo)效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)激光器的選模，并在50nm的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了無跳模調(diào)諧。雙環(huán)諧振腔耦合的方式使對(duì)環(huán)形諧振腔半徑的限制大大放寬，雙環(huán)的游標(biāo)效應(yīng)還能增加激光器的邊模抑制比，并能進(jìn)一步利用游標(biāo)效應(yīng)擴(kuò)大激光器的調(diào)諧范圍。但是，雙環(huán)諧振腔耦合半導(dǎo)體激光器的工作需要在兩個(gè)環(huán)形諧振腔上分別加電極以保證兩個(gè)環(huán)形諧振腔濾波峰的對(duì)準(zhǔn)，并且雙環(huán)在激光器調(diào)諧控制時(shí)需要更為復(fù)雜的電流控制操作。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用半波耦合環(huán)形諧振腔選模的半導(dǎo)體激光器。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明至少包括有源或無源的環(huán)形諧振腔、內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔和耦合器；所述耦合器為π相位四端口耦合器包含四個(gè)端口，分別是第一端口，第二端口，第三端口和第四端口，其中第一端口和第二端口與有源諧振腔相連，第三端口第四端口與環(huán)形諧振腔相連。

所述環(huán)形諧振腔中還設(shè)有折射率能改變的第一調(diào)諧區(qū)。

所述π相位四端口耦合器與有源諧振腔的第一端口或第二端口外側(cè)設(shè)有折射率能獨(dú)立改變或與第一調(diào)諧區(qū)同步改變的第二調(diào)諧區(qū)。

所述第一調(diào)諧區(qū)和第二調(diào)諧區(qū)通過同一個(gè)電極正向注入電流或施加反向電壓，并且第一調(diào)諧區(qū)的光程占環(huán)形諧振腔的總光程的比例和第二調(diào)諧區(qū)的光程占有源諧振腔的總光程的比例相等。

所述內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔是環(huán)形諧振腔。

所述的π相位四端口耦合器由三根由上而下等間距排列的波導(dǎo)構(gòu)成。

本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是：

本發(fā)明只需要單個(gè)環(huán)形諧振腔配合一個(gè)有源諧振腔以及一個(gè)π相位四端口耦合器實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器的單模工作，并且環(huán)形諧振腔的直徑大小不受限制，簡(jiǎn)化了制作工藝，π相位四端口耦合器的制作工藝也相對(duì)簡(jiǎn)單。此外，在作為可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器應(yīng)用時(shí)，單個(gè)環(huán)形諧振腔的半導(dǎo)體激光器在可調(diào)諧的應(yīng)用中能夠簡(jiǎn)化調(diào)諧的控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為普通π/2相位耦合環(huán)形半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為普通π/2相位耦合單環(huán)半導(dǎo)體激光器和π相位耦合單環(huán)半導(dǎo)體激光器的中起濾波作用的無源環(huán)形諧振腔透射系數(shù)對(duì)比圖；