[發明專利]分布反饋式半導體激光器裝置及光子集成發射芯片模塊

有效

• 申請號: 201710827089.2
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107565381B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 周亞亭;茆銳;沈玉喬;肖虹
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: H01S5/0625
• 分類號: H01S5/0625;H01S5/12
• 代理公司: 32207 南京知識律師事務所
• 代理人: 高桂珍<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種分布反饋式半導體激光器裝置及光子集成發射芯片模塊。該裝置的光柵由兩個啁啾光柵通過無光柵的增益區串聯而成，或者由取樣周期啁啾的取樣光柵通過無光柵的增益區串聯而成；其中第一個啁啾光柵的電極由三個相互電隔離的電極組成，這個光柵中間電極所對應部分為相移調整區，它的兩側電極對應部分為側邊區；第二個啁啾光柵所對應部分是無增益的無源區，或者是由一個或多個電極控制的有源區。本發明通過改變側邊區、相移調整區注入電流或者注入電流的比例，可連續調節激光器的激射波長以滿足ITU－T標準要求；當第二個啁啾光柵結構與第一個光柵完全相同時，激射的激光有更好的單模特性，且線寬更窄。

技術領域

本發明屬于光電子技術領域，涉及光纖通信、光子集成、光電傳感以及其他光電信息處理。本發明是一種波長可在一定范圍內精細可調的分布反饋式半導體激光器裝置及其制造方法。

背景技術

作為光纖通信系統的核心器件，分布反饋式(Distributed Feedback,DFB)半導體激光器由于體積小、結構簡單而受到世人關注。普通的均勻光柵半導體激光器，其折射率是被周期性地均勻調制的。這種激光器在布拉格波長兩側，對稱地存在兩個諧振腔損耗相同并且最低的模式，稱之為兩種模式簡并。為獲得良好的單模特性，可以在均勻光柵的中心引入一個四分之一波長(λ/4)的真實相移，以消除模式簡并，使激光器在其布拉格波長發生激射。

要加工這種真實相移DFB半導體激光器，其光柵的刻制需要納米精度的控制，目前只有經過特殊處理的高精度電子刻寫設備能夠達到這樣的加工精度。這種高精度電子刻寫設備價格昂貴，需要耗費大量的時間才能加工生產這種真實相移均勻光柵，因而真實相移DFB半導體激光器的制作成本高昂，目前還不具備大規模產業化應用的能力。

為克服這種缺點，南京大學陳向飛教授提出了用帶有等效相移的均勻取樣光柵來代替真實相移均勻光柵的方法，來制作光纖通信系統所用的分布反饋式半導體激光器。這種做法的好處是能獲得與真實相移光柵半導體激光器相同激射性能的等效相移取樣光柵半導體激光器，但后者要求的加工精度比前者要低一到兩個數量級，因而能大大降低加工的難度和成本。

但無論是等效相移取樣光柵半導體激光器還是真實相移光柵半導體激光器，由于在制作過程中總是存在著各種偶然因素，會使得激光器的激射波長偏離設計的ITU－T標準。因而實際的分布反饋式半導體激光器，需要特殊的調諧裝置，如電加熱裝置或改變注入電流等，來調節激光器的激射波長對準ITU－T標準。這些特殊的調諧裝置會使得激光器的結構變得復雜，性能下降。

另一方面，由于對光通信網絡傳輸容量的需求急劇增長，波分復用(Wavelengthdivision multiplexing,WDM)系統復用的信道數越來越多，這種通信系統需要用不同激射波長的激光器作光源。為減少由此帶來的能耗和維護成本急劇上升問題，光子集成(Photonic integration circuit,PIC)是必然的選擇。如果仍然采用電加熱裝置或改變注入電流的方式來來調節各單元激光器的激射波長對準ITU－T標準，那么除會導致各單元激光器輸出激光功率嚴重不均衡外，還會造成激光器陣列結構異常復雜的問題。

實際上，利用等效相移取樣光柵技術制成的多波長半導體激光器陣列，其各單元激光器的激射波長的單模成品率可以通過引入等效相移來保證，而其激射波長的整體漂移可以通過為激光器陣列芯片整體外加電輔熱裝置來完成。但研究發現在這樣的激光器陣列芯片中，各單元激光器的激射波長對ITU－T標準的上下波動，一般情況下仍然經常會達到零點幾個納米范圍，遠超過密集波分復用通信系統中ITU－T規定的要求。這會導致多波長半導體激光器陣列芯片成品率嚴重下降的問題。

發明內容

針對現有技術中半導體激光器存在的上述不足，本發明提出了一種新的分布反饋式半導體激光器結構。

本發明的技術方案是：