[發明專利]基于重構-等效啁啾的非對稱相移和等效切趾取樣光柵及其DFB激光器

在審

• 申請號: 201410214717.6
• 申請日: 2014-05-20
• 公開（公告）號: CN103972790A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 鄭俊守;陳向飛;唐松;張云山;李思敏;施躍春
• 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: 陳建和

技術領域

本發明屬于光電子技術領域，涉及含有相移的分布反饋(DFB)激光器，涉及光通信、光子集成、光電傳感及其他光電信息領域的應用器件。

背景技術

高功率、單縱模、窄線寬的分布反饋式(DFB)半導體激光器是現代光纖通信技術的核心光源。為了提高DFB半導體激光器的單縱模成品率，在激光器腔的中心位置引入λ/4相移，但是是λ/4相移結構使激光器的光場分布在腔的中心位置不連續，并在中心位置出現尖峰，中心部位光場的高度集中導致此處的載流子大量消耗，從而出現空間燒孔效應。空間燒孔效應改變了諧振腔內光反饋的強度和相位，引起增益譜的起伏波動，會導致對邊摸抑制作用的減弱，光功率曲線呈現非線性，不能保證單縱模工作，線寬難以做得更窄。

無論是DFB半導體激光器還是DFB光纖光柵激光器，都希望在泵浦功率相同的情況下，盡可能獲得較高的有效輸出光功率，提高對泵浦功率的利用率，節約能源。為了增大激光器端面輸出的激光功率，通常將不對稱結構引入到λ/4相移激光器中。常見的不對稱結構有：1)λ/4相移的位置偏離DFB激光器中心，如IEEE Journal of Quantum Electronics23(6):815-821,非對稱λ/4相移InGaAsP/InP分布反饋式激光器，提出將λ/4相移偏離中心位置±10％，實現增大激光器端面有效輸出光功率的目的；2)λ/4相移左右兩段的耦合系數不相等，3)兩出光端面的反射率大小不對稱，通常采用在激光器其中一端面鍍上高反膜(HR)，另一端面上鍍增透膜(AR)的方式來實現端面反射率的不對稱，達到改變DFB半導體激光器兩端面的輸出功率之比的目的。

雖然這些結構都有效地改善了激光器的性能，但是由于光柵結構相當復雜，實際制作其起來比較困難且制作工藝復雜、效率較低，例如使用電子束曝光技術(E-Beam lithography)，高昂的制造成本限制了這些激光器的大規模應用。文獻[1]和專利“基于重構-等效啁啾技術制備半導體激光器的方法及裝置”(CN200610038728.9，國際PCT專利，申請號(PCT/CN2007/000601)在該問題的解決上走出了關鍵的一步。文中提出，利用一種光纖布拉格光柵的設計技術—重構-等效啁啾技術來設計DFB半導體激光器。重構-等效啁啾技術最早被應用于光纖光柵的設計，可追溯到2002年馮佳、陳向飛等人在中國發明專利“用于補償色散和偏振模色散的具有新取樣結構的布拉格光柵”(CN02103383.8，授權公告號:CN1201513)中提出的通過引入取樣布拉格光柵的取樣周期啁啾(CSP)來獲得所需要的等效光柵周期啁啾(CGP)的方法。提出等效啁啾最早的文獻可參考Xiangfei Chen et.al，“Analytical expression of sampled Bragg gratings with chirp in thesampling period and its application in dispersion management design in a WDM system”(帶有取樣周期啁啾的取樣布拉格光柵的分析表達式和它在波分復用系統色散管理中的應用)，IEEE Photonics Technology Letters，12，pp.1013-1015，2000。該技術的最大的優點是，種子光柵的周期和折射率調制不變，改變的僅僅是取樣結構。通過改變取樣結構，任意大小的相移啁啾，能夠等效地引入到周期結構對應的子光柵(某一個信道)中，得到我們所需要的任意目標反射譜。由于取樣周期一般幾個微米，所以該方法利用亞微米精度實現了納米精度的制造。更重要的是，該技術可以與當前的電子集成(IC)印刷技術相兼容。

文獻[4]給出了基于該技術的λ/4等效相移DFB半導體激光器的實驗驗證。由于這種技術設計的激光器改變的僅僅是取樣結構，所以利用全息曝光技術和振幅掩膜版就能實現低成本的規模化生產。李靜思，賈凌慧，陳向飛在中國發明專利“單片集成半導體激光器陣列的制造方法及裝置”(申請號：200810156592.0)中，指出了依據該技術可以在同一個晶片上，通過改變取樣周期而改變不同激光器的激射波長，這給低成本單片集成高性能DFB半導體激光器陣列的制造帶來了新的曙光。