[發明專利]相移電控制取樣光柵半導體激光器及其設置方法

有效

• 申請號: 201210370711.9
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102916340A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 周亞亭;陳向飛
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01S5/12
• 分類號: H01S5/12
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

1.一種基于相移電控制的取樣光柵半導體激光器，其特征是所述的DFB半導體激光器結構由第一與第二兩個取樣光柵區和一個相移區組成；兩邊取樣光柵區中的光柵是取樣布拉格光柵（SBG），中間為相移區，取樣周期從1微米到數十微米量級；兩個取樣光柵區的電極連接在一起，但與相移區的電極相隔離；

均勻取樣光柵中的折射率調制強度，表示為

?????????????????(4)

從式(4)知，一個取樣光柵等效為許多影子光柵的疊加、一個影子光柵對應一個信道；第m級影子光柵的周期表示為

???????????????????????????(5)

因此在第m級影子光柵中，布拉格波長表示為

????????????????????????(6)

以第-1級子光柵為例，式（5）和（6）變化為

????????????????????????????(9)

???????????????????????(10)

取樣光柵區和相移區的有效折射率與長度，分別用和、和來表示；

激光器有源層的增益中心被設置在取樣光柵的±1級子光柵之一的布拉格波長處

??????????????????（12）

在取樣光柵區和相移區注入不同電流密度時，由于自由載流子的等離子效應，和將不同，因而在相移區將產生一個相移，大小為

???????????（13）

由式（10）可知，在影子光柵周期保持不變的情況下，只要改變取樣周期P的大小，就能實現對激光器激射波長的初步控制；

在取樣周期P確定時，在取樣光柵區、相移區注入電流、之和,即激光器工作電流（＋）保持不變的條件下，由式（13）知改變和的比例就能改變引入相移的大小，在取樣光柵±1級子光柵的禁帶寬度、通常為2～5nm的范圍內任意調節激射波長的數值。

2.根據權利要求1基于相移電控制的取樣光柵半導體激光器，其特征是選用取樣光柵第±1級子光柵之一作為激射信道；把半導體材料的增益區中心設置在所選擇的激射信道布拉格波長處而遠離零級信道布拉格波長。

3.根據權利要求2基于相移電控制的取樣光柵半導體激光器，其特征是兩個長度相同的取樣光柵區的取樣占空比不同，第一取樣光柵的取樣占空比為0.5，第二取樣光柵的取樣占空比是在0.2到0.5之間的值。

4.根據權利要求2所述的基于相移電控制的取樣光柵半導體激光器，其特征是兩個取樣光柵區取樣光柵相同；第一和第二取樣光柵取樣光柵區的長度不同；

當激光器取樣光柵區第一和第二取樣光柵區的取樣光柵相同時，取樣光柵區長度越長對激射波長的反饋作用就越強；

當本發明激光器一側的取樣光柵區長度保持恒定時，另一側取樣光柵區長度越小則從這一側出射的激光功率就越大。

5.根據權利要求的1至4之一所述的基于相移電控制的取樣光柵半導體激光器構成DFB半導體激光器單片集成陣列。

6.根據權利要求5所述的基于相移電控制的取樣光柵半導體激光器單片集成陣列構成的PIC發射芯片模塊，其特征是由激光監測器陣列、所述基于相移電控制的取樣光柵半導體激光器單片集成陣列、調制器陣列、功率均衡器陣列和復用器，通過選擇區外延生長或對接生長集成到同一外延晶片上。

7.根據權利要求的3所述的基于相移電控制的取樣光柵半導體激光器設置方法，其特征是占空比為0.5時，第±1級子光柵中折射率調制強度最大，對第±1級子光柵布拉格波長的反饋作用最強；占空比偏離0.5越多，則第±1級子光柵中折射率調制強度越小，對第±1級子光柵布拉格波長的反饋作用越弱；

在激射功率一定的情況下，前一部分的取樣占空比為0.5，后一部分的取樣占空比偏離0.5越多，從后一部分取樣光柵區有效輸出的激光功率越大；在無法進行端面鍍膜的情況下，優化后一部分的取樣占空比，能提高激光器從這個取樣光柵區一側端面有效輸出的激光功率。