[發明專利]一種光注入型混沌光子集成器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201210349951.0
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102882127A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 趙清春;殷洪璽;竇欣宇;曹暾
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01S5/40
• 分類號: H01S5/40;G02F1/39
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于光電子器件技術領域，特別涉及一種光注入型光子集成器件，實現單片光子器件產生寬帶混沌激光，可應用于保密光通信、光網絡及光子信號處理等領域。

背景技術

近年來，混沌激光的產生與應用受到越來越廣泛的關注。半導體激光器具有體積小、價格低、應用范圍廣等優點，因此，基于半導體激光器產生混沌激光尤為受到關注和研究。目前，混沌激光已經在保密通信、汽車防撞雷達、光時域反射儀、高速真隨機碼發生器、傳感和光學相干層析等領域具有巨大的優勢和應用潛力。

毫無疑問，混沌激光光源是混沌激光應用中的關鍵部件。目前混沌激光光源主要還是集中于由分離的光、電器件構成。這存在著體積大、成本高、布局復雜、性能的穩定和可靠性差、功耗大、速率受限等缺點。隨著新型微納光子器件研究的進展和半導體制備工藝的不斷提高，光子器件集成技術已經逐步應用到現行光通信系統中，并成為基于全光信號處理的高速光通信未來發展的必然趨勢。因此，基于光子集成技術的混沌光子集成光源對混沌激光的應用具有重要的實用價值。

在先技術[1]?(M.?Yousefi,?et?al.?New?role?for?nonlinear?dynamics?and?chaos?in?integrated?semiconductor?laser?technology,?Phys.?Rev.?Lett.?2007.)?公開了一種集成的脈沖碰撞鎖模半導體激光器產生混沌激光的裝置，然而該裝置產生的混沌激光的帶寬小于1?GHz，無法滿足寬帶的需要。在先技術[2]?(A.?Argyris,?et?al.?Photonic?integrated?device?for?chaos?applications?in?communications,?Phys.?Rev.?Lett.?2008.)?公開了一種混沌光子集成器件，該器件集成了一個分布反饋半導體激光器(distributed?feedback，縮寫為DFB)、半導體光放大器(semiconductor?optical?amplifier,?縮寫為半導體光放大器SOA)、相位區和無源光波導。因此，該器件實質上是一個單反饋型混沌光子集成器件。從公布的結果可以看出，該器件產生混沌激光的帶寬約為9?GHz?(小于10?GHz)。在先技術[3]?(V.?Z.?Tronciu,?et?al.?Chaos?generation?and?synchronization?using?an?integrated?source?with?an?air?gap,?IEEE?J.?Quantum?Electron.?2010.)?公開了一種集成的混沌光源，包括一個分布反饋半導體激光器、兩個無源光波導區、兩個相位區和一個窄帶氣隙。區別于在先技術[2]中單反饋結構的是，該集成器件是一個雙反饋型器件。結果顯示，該器件產生的混沌激光的帶寬小于7?GHz。在先技術[4]?(S.?Sunada,?et?al.?Chaos?laser?chips?with?delayed?optical?feedback?using?a?passive?ring?waveguide,?Opt.?Express?2011.)?公開了一種混沌光子集成器件，器件包括一個分布反饋半導體激光器、兩個半導體光放大器半導體光放大器SOA、一個光電探測器(Photodiode,?PD)和一段無源環形光波導。該無源環形光波導構成環形反饋腔，從而產生混沌激光。由于該器件仍然是光反饋方式產生的混沌激光，所以報道的結果顯示產生的混沌激光的帶寬仍然小于10?GHz。在先技術[1-4]由于自身結構和光反饋的原因，產生的混沌激光受限于單個分布反饋半導體激光器的弛豫振蕩頻率，帶寬均無法超過10?GHz。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光注入型混沌光子集成器件及其設計方法。從而為寬帶混沌激光的應用提供一種結構緊湊、性能穩定的寬帶混沌激光光源。

本發明采用的技術方案為：一種光注入型混沌光子集成器件，在單片上集成一個主分布反饋半導體激光器DFB、一個半導體光放大器SOA、一段無源光波導和一個從分布反饋半導體激光器DFB，具體方案如下：

在N型襯底上依次外延生長N-InGaAsP下包層、無摻雜多量子阱(MQW)有源區、無摻雜InGaAsP、布拉格光柵區、P-InP包層、P-InP上包層、P-InGaAsP接觸層。

在N型襯底和P-InGaAsP接觸層上分別蒸Au/Ge/Ni和Au/Zn/Au后，形成N型電極和P型電極。選擇性能好的芯條鍍HR膜。