[發明專利]半導體激光器、光源單元和光學通信系統

在審

• 申請號: 201711266727.4
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108233174A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 野津俊介;室谷義治
• 申請（專利權）人: 瑞薩電子株式會社
• 主分類號: H01S5/12
• 分類號: H01S5/12
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 李輝;董典紅

本申請涉及半導體激光器、光源單元和光學通信系統。提供了一種分布式反饋半導體激光器，其包括能夠獲得良好的單模產量和高發光效率的相移部分。衍射光柵(105)被形成為在形成有低反射膜(111)的端面與形成有高反射膜(110)的端面之間的諧振腔的引導方向上延伸。在衍射光柵(105)中，設置有多個相移部分(106)，該多個相移部分在與形成有低反射膜(111)的端面分開的預定范圍內不連續地改變衍射光柵(105)的相位。

相關申請的交叉引用

本申請基于并要求于2016年12月15日提交的日本專利申請No.2016-243534的優先權權益，其全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本發明涉及半導體層、光源單元、通信系統以及波分復用光學通信系統。

背景技術

作為下一代光學通信光源之一，已經開發了分布式反饋(DFB)半導體激光器。作為DFB激光器的重要設計參數，使用kL，kL是通過將諧振腔長度L乘以耦合系數k而獲得的，耦合系數k是表示引導光和衍射光柵之間的耦合強度的指標。通常考慮減小諧振腔長度L并且增加參數kL(增加k)來獲得下一代光學通信所需的25Gbps或更高的高速操作。

將描述DFB激光器(例如，日本未審專利申請公開No.S61-216383)。在DFB激光器的典型示例中，衍射光柵設置在低反射端面和高反射端面之間，并且一個相移部分設置在衍射光柵的一部分中。衍射光柵由例如凹凸結構形成，該凹凸結構包括在有源層上形成的引導層和包覆層。相移部分被設置為λ/4相移部分，其中衍射光柵的間距偏移波長λ的四分之一。因此，DFB激光器在由衍射光柵的周期確定的布拉格波長附近的波長處進行單模振蕩。此外，在包括相移部分的DFB激光器中，將輸出信號光的前端面設定為低反射端面，將輸出監視光的后端面設定為高反射端面，由此比兩端面都被設定為低反射端面時更有效地得到信號光，并且獲得高的光輸出和高的發光效率。

然而，具有高反射端面的DFB激光器難以獲得良好的單軸模式特性。其原因之一在于，在具有一個高反射端面的DFB激光器中，諧振腔中的電場強度分布和每個模式的振蕩條件由于高反射端面處的衍射光柵的相位變化而變化。

另一方面，在日本未審專利申請公開No.S61-216383中公開的半導體激光器中，相移部分設置在諧振腔中的適當位置，從而減小端面處的相位變化的影響并且提高單模產量。

發明內容

然而，在日本未審專利申請公開No.S61-216383中公開的包括相移部分的DFB激光器中，沿著諧振腔的軸方向的光的電場強度分布不均勻。通常，隨著光的電場強度增加，由于受激發射引起的載流子的復合概率增加，從而消耗大量的載流子。因此，發生其中諧振腔中的載流子密度不均勻的空間燒孔效應。當大電流流動時，這種空間燒孔效應的發生是顯著的，并且導致在調制操作期間的振蕩模式的不穩定。

圖13示出了上述DFB激光器中當kL＝2.1時光的電場強度分布的計算結果。在圖13所示的電場分布中，顯然，相移部分的位置A處的光的電場強度相當于峰值。具體地說，當增加參數kL以獲得高的光輸出時，在具有高電場強度的區域中容易發生空間燒孔效應，這導致當大電流流動時振蕩模式的不穩定，并且造成多模振蕩。

此外，在具有光的高電場強度的區域中，由于高的光密度，元件的劣化加速，由于災難性光學損傷(COD)引起的元件隨機故障數量增加，并且磨損劣化加速，這可能導致元件壽命的劣化。

關于這種相移部分的位置處的電場強度的集中，提出了通過設置多個相移部分來分散電場強度的技術。例如，日本未審專利申請公開No.H01-239892公開了一種DFB激光器，其中兩個端面都是低反射性的，并且設置多個相移部分以平滑電場強度分布。然而，在日本未審專利申請公開No.H01-239892中公開的其中兩個端面都是低反射端面的DFB激光器中，與具有高反射端面和低反射端面的DFB激光器中不同，不能獲得足夠高的光輸出。