[發明專利]單片集成串聯耦合腔波長可切換半導體激光器

無效

• 申請號: 201010195941.7
• 申請日: 2010-06-08
• 公開（公告）號: CN101859981A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 何建軍;金嘉亮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01S5/06
• 分類號: H01S5/06;H01S5/10;H01S5/0625
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及半導體激光器，尤其是涉及一種單片集成的波長可切換半導體激光器。

背景技術

寬帶可調諧的激光器在城域網和長距離遠程通信中都有著非常廣泛的應用。除了用作替換光源，可以減少庫存數目和成本，還可以為設計更有效、更靈活的網絡結構提供了可能性。例如，可調諧激光器和波長路由器的結合可以實現格式無關的空間光開關以及可重組光分插復用功能等。

與用分離元件構成的外腔可調諧激光器相比，單片集成的半導體可調諧激光器有許多優點，如結構緊湊，成本低，而且由于沒有活動部件，因而具有更高的可靠性。傳統的單片集成可調諧半導體激光器通常需要用多個電極來連續調諧。圖1為一個基于分布布拉格反射光柵的傳統可調諧半導體激光器的結構示意圖，它包含一個有源增益區，一個相移區，以及一個布拉格光柵。三個區域上部分別有一個控制電極，當通過注入電流或者調節電極電壓來改變布拉格光柵的反射峰值波長來調諧激光器的波長時，相移區必須跟著以一定關系同時調節來防止激光器的模式跳變。而且由于受到調諧區材料折射率調節范圍的限制，這種激光器波長的調節范圍通常只有10nm左右。

V.Jarayman，Z.M.Chuang，以及L.A.Coldren在他們的文章“Theory，design，and?performance?of?extended?tuning?range?semiconductor?lasers?with?sampledgratings”IEEE?J.Quantum?Electron.Vol.29，pp.1824-1834，1993中描述了一種更復雜的調諧結構，能夠實現更大范圍的調諧。它包含四個電極分別控制兩個分布反射布拉格光柵，以及相移區和增益區。波長的調節需要同時調節三個電極，其電流需要滿足精確的相互關系，需要復雜的控制電路。這樣調節的復雜性大大降低了制造的成品率，增加了生產成本，同時也帶來了器件的可批量生產性以及長期穩定性的問題。

關于串聯耦合腔激光器的研究興起于20世紀80年代初，當時的串聯耦合腔激光器有兩類工藝制作方式，一種是在解離出來的法布里-珀羅腔激光器上刻蝕凹槽得到，(具體見“Monolithic?two-section?GaInAsP/InP?active-optical-resonatordevices?formed?by?reactive-ion-etching”，by?L.A.Coldren?et?al，Appl.Phys.Lett.vol.38，pp.315～317，1981中的詳細描述)，另外一種為通過解理耦合腔的結構來實現(具體見“The?cleaved-coupled-cavity(C3)laser”，by?W.T.Tsang，Semiconductorsand?Semimetals，vol.22，p.257，1985中的描述)。然而，這些早期的串聯耦合腔激光器在模式選擇性能上不能令人滿意，因而此后很少有人再做相關的研究。本發明提出了一系列創新性設計，包括波長切換機理和引入一個損耗可調的中間增益腔，從而大大提高了串聯耦合腔激光器的模式選擇性能。

在很多應用中，并不需要連續調諧激光器的波長，而只是要求激光器能在一系列的離散波長上任意切換，比如世界電信聯盟定義的一系列相同信道間隔的工作波長。這樣的激光器可以用于可重構型光分插復用以及基于波長的光交換等。這類激光器的關鍵技術要求包括：(1)激光器可切換波長與事先所定義的一系列離散波長的精準匹配(例如國際典型聯盟的某類標準定義)；(2)簡單同時可靠的波長切換控制；(3)高切換速度；(4)低信道串擾；(5)工藝簡單，成本較低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種單片集成串聯耦合腔波長可切換半導體激光器，可以實現波長切換的功能同時滿足上述激光器關鍵技術的要求。

本發明采用的技術方案是：

本發明包括三個串聯耦合的法布里-珀羅諧振腔，第一法布里-珀羅諧振腔與第二法布里-珀羅諧振腔之間和第二法布里-珀羅諧振腔與第三法布里-珀羅諧振腔之間，分別通過刻蝕的各自的空氣槽相隔開。所述的兩個空氣槽刻蝕深度超過半導體激光器的有源芯層，第一法布里-珀羅諧振腔和第三法布里-珀羅諧振腔通過電泵浦的方式產生光學增益從而輸出激光，同時第二法布里-珀羅諧振腔產生損耗用于優化激光器的單模特性；其中：第一法布里-珀羅諧振腔的一個端面為解離形成的反射面，另一個為通過刻蝕形成垂直側壁的空氣槽；第三法布里-珀羅諧振腔的一個端面為解離形成的反射面，另一個為通過刻蝕形成垂直側壁的空氣槽。