[發明專利]單片集成邊耦合半導體激光器及多波長激光器陣列的制備方法

有效

• 申請號: 201310513456.3
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103606816A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 李靜思;唐松;李思敏
• 申請（專利權）人: 南京威寧銳克信息技術有限公司
• 主分類號: H01S5/125
• 分類號: H01S5/125
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

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技術領域

本發明屬于光電子技術領域，與分布反饋半導體激光器及激光器陣列有關，涉及邊耦合分布反饋半導體激光器及激光器陣列的設計與制作，更具體而言，是基于即重構—等效啁啾和全息曝光制作光柵的邊耦合分布反饋半導體激光器的制造方法。

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背景技術

隨著信息通信技術的不斷發展，光纖通信已經開始由主干網逐步向個人、辦公室和家庭延伸。光纖到樓，光纖到戶，光纖到桌的概念已經行程并且開始實現。較之于高層主干網系統，低層的光纖通信系統更為在意商品的成本價格。成本將成為市場成敗的關鍵。通常情況下，光纖通信的光信號均有半導體激光器提供。半導體激光器是光纖通信技術的核心。然而，獲得低成本高性能激光器器件及陣列仍舊是一個尚未完全解決的問題。分布反饋（DFB）半導體半導體激光器由于體積小、可靠性高，是光纖通信光信號的重要元件。單片集成模塊可提供容量大、體積小、成本低的通信核心設備，從而很大幅度降低封裝成本，并實現高性能。單片集成模塊上的調制器、探測器響應方式均為寬帶響應，實際制造不涉及波長概念，制造相對容易。因此單片集成多波長激光器陣列是實現高性能單片集成模塊的最大難點之一。多波長分布反饋（DFB）激光器陣列是單片集成光纖傳輸模塊的核心。同時在通信的許多領域都需要線寬窄、啁啾低、單模特性良好的DFB半導體激光器。單片集成多波長激光器陣列要絕對保證每個激光器均為單模工作，這就需要每個激光器具有復雜結構。因此，盡管單片集成多波長DFB激光器陣列非常重要，但其技術實現難度使其商品化非常困難。

制作低成本DFB激光器的有效手段是使用全息曝光技術形成DFB布拉格（Bragg）光柵。全息曝光是一種成品率很高，成本非常低的光柵制作手段，因此在工業界被廣泛使用。但傳統的全息曝光技術由于其本身形成原理，只能在大面積區域的平面上形成均勻一維光柵，而不能制作非均勻一維或者二維結構。并且全息曝光技術由于其機械精確性和光學特性問題，只能在平面制作光柵結構，而不能在非平面（例如側壁或者拐角）制作光柵結構。這使得全息曝光在其應用上受到了一些局限。

基于多波長分布反饋DFB光柵的半導體激光器一般可分為三種：1，具有3次或更多次外延的掩埋異質結（BH）結構；2，具有兩次外延的脊條波導（RWG）結構；3，只有一次外延的邊耦合（LC）結構。相比而言，邊耦合激光器只有1次外延，其成本較之于具有3次或更多次外延的掩埋異質結激光器或者具有2次外延的脊條波導激光器明顯更低。因此邊耦合激光器在更為重視成本的底層光網絡中具有更大優勢。

所有基于全息曝光技術的均勻光柵都具有一些共同缺點：首先，全息曝光技術很難做出單片集成的多波長陣列。全息曝光的光柵周期確定，因此無法很輕易的實現對于波長的調整與控制。其次，基于傳統全息曝光技術制成的折射率耦合DFB激光器的Bragg光柵是相對簡單的均勻結構，因此，理論上全息曝光制成的激光器是具有兩個相互競爭的模式。但在實際應用中因為激光器兩側端面反射相位不同，可以實現單模激射。但由于反射相位具有隨機性，其單模成品率不高；且高速調制時，其邊模抑制比（SMSR）小于20dB，不能滿足高速光通信的需要。傳統全息曝光技術制成的單個DFB激光器成品率從原理上來講就比較低，一般為20％左右。因此，基于全息曝光技術制作單片集成的半導體激光器陣列難度非常大。

2004年，一種新的DFB光柵技術，即重構—等效啁啾（Reconstruction-equivalent-chirp)技術（REC技術）誕生。重構—等效啁啾技術包括可以為DFB半導體激光器的提供等效相移（等效相移技術）。等效相移技術實際上是對均勻光柵做選擇性采樣，并提供相移確保器件性能的方法。采樣圖形的尺寸在微米量級，可以通過普通光刻工藝實現，因此避免了高成本的復雜工藝環節。通過把邊耦合激光器與等效相移技術結合，可以制作出高性能低成本的半導體激光器和激光器陣列。這種基于等效相移技術的邊耦合激光器陣列不使用電子束曝光，不需要二次及多次外延，但是能形成單片集成的多波長半導體激光器陣列。從而在制造成本，可靠性，可集成性等方面具有很大優勢。

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發明內容

本發明的目的在于，使用普通全息曝光技術與即重構—等效啁啾技術（等效相移技術）相結合，制作出具有等效相移的采樣一級光柵邊耦合半導體激光器及激光器陣列。