[發(fā)明專利]一種波長可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器

有效

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• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112615253B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉也;余永林
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01S5/125
• 分類號: H01S5/125;H01S5/062
• 代理公司: 武漢華之喻知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發(fā)明公開了一種波長可調(diào)的半導(dǎo)體激光器，包括有源區(qū)、相位區(qū)、光柵區(qū)和制作在光柵區(qū)內(nèi)的相移區(qū)：相位區(qū)從上往下看由第二電極、第二包層、第一波導(dǎo)層和第二襯底構(gòu)成；第一光柵區(qū)從上往下看由第三電極、第三包層、第一光柵層、第二波導(dǎo)層和第三襯底構(gòu)成；相移區(qū)從上往下看由第四電極、第四包層、第三波導(dǎo)層和第四襯底構(gòu)成；第二光柵區(qū)結(jié)構(gòu)和第一光柵區(qū)完全一致。激光器左端面為解理面，激光器的輸出光從這里出射。光柵區(qū)右端面通過增透膜鍍層來減少端面向激光器內(nèi)部的反射。本發(fā)明提供的激光器通過引入了光子?光子諧振效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高調(diào)制帶寬，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)波長調(diào)諧功能，滿足下一代光通信系統(tǒng)對于高性能高速直調(diào)的波長可調(diào)器件的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種波長可調(diào)的高速直接調(diào)制的分布反射式半導(dǎo)體激光器。

背景技術(shù)

隨著智能應(yīng)用、大數(shù)據(jù)分析、云技術(shù)等等一系列信息技術(shù)的發(fā)展，我們對數(shù)據(jù)通信的速率和容量的需求都與日俱增。電氣和電子工程師協(xié)會等機(jī)構(gòu)對于可應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心等短距應(yīng)用中的光源也提出了要求，如200GHz的2公里短距傳輸鏈路中，需要用4個(gè)調(diào)制帶寬為40G的工作在4個(gè)不同波長的激光器來構(gòu)成光源。因此，在接入網(wǎng)中，被大量需求的波長可調(diào)的高速直調(diào)調(diào)制半導(dǎo)體激光器就具有重要意義和價(jià)值，也得到了世界各地研究人員的關(guān)注和研究。

為了實(shí)現(xiàn)波長可調(diào)諧的半導(dǎo)體激光器光源，基于分布布拉格反射光柵的半導(dǎo)體激光器(Distributed Bragg reflector laser，DBR laser)應(yīng)運(yùn)而生。這種激光器由有源區(qū)、相位區(qū)和光柵區(qū)構(gòu)成。通過改變光柵區(qū)或相位區(qū)的電流。現(xiàn)有技術(shù)中通過改變光柵區(qū)電流實(shí)現(xiàn)了一種12納米調(diào)諧范圍的兩段DBR激光器。但這類激光器的直接調(diào)制帶寬一般較低，比如該文獻(xiàn)中所實(shí)現(xiàn)的器件的帶寬只有10GHz左右，難以滿足上述的高速光源的要求。

另一方面，為了實(shí)現(xiàn)高速直接調(diào)制的激光器，美國的菲尼薩公司提出了一種利用光子-光子諧振(Photon-photon resonance，PPR)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的55GHz的帶寬激光器。所謂PPR效應(yīng)，指的是通過在激光器中形成一個(gè)不激射的次模，讓它和主激射模相互耦合，以此來極大地拓寬激光器的調(diào)制帶寬。類似效應(yīng)也可以在分布式反饋激光器上實(shí)現(xiàn)，但是目前上述器件都不能在實(shí)現(xiàn)PPR效應(yīng)的同時(shí)，具有波長調(diào)諧的能力。

華中科技大學(xué)的朱堯等人在2015年提出了一種利用傾斜光柵實(shí)現(xiàn)的高速波長可調(diào)的激光器。該方案利用傾斜光柵，有效減小了激光器直接調(diào)制過程中啁啾引起的信號傳輸損傷，提高了信道容量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)諧功能，也是一種優(yōu)質(zhì)的相對高速的波長可調(diào)光源，但是其調(diào)制速率也沒有達(dá)到如上文提到的40GHz或者更高的需求。

綜上所述，目前市面上或研究領(lǐng)域提出的直接調(diào)制激光器，很多只有高帶寬或者波長可調(diào)中的一項(xiàng)功能，少數(shù)激光器可以在實(shí)現(xiàn)波長調(diào)諧功能時(shí)得到20GHz以下的調(diào)制帶寬，但仍不能滿足下一代高速可調(diào)諧的光源需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種波長可調(diào)諧，同時(shí)實(shí)現(xiàn)40GHz的高速波長可調(diào)的直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器。

本發(fā)明提供的一種波長可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器包括：有源區(qū)、相位區(qū)、第一光柵區(qū)、相移區(qū)和第二光柵區(qū)；有源區(qū)用于產(chǎn)生激光并輸出；所述相位區(qū)、第一光柵區(qū)和第二光柵區(qū)用于實(shí)現(xiàn)波長調(diào)諧；相移區(qū)設(shè)置在第一光柵區(qū)和第二光柵區(qū)之間，相移區(qū)用于通過引入等效相移實(shí)現(xiàn)光柵中相移大小的調(diào)控。具體地，通過引入的等效相移，會使等效相移布拉格光柵的反射譜的主瓣上出現(xiàn)凹陷，激光器的主激射模落在凹陷之內(nèi)。

更進(jìn)一步地，第一光柵區(qū)、相移區(qū)和第二光柵區(qū)共同構(gòu)成等效相移布拉格光柵；且所述第一光柵區(qū)和第二光柵區(qū)的布拉格光柵的周期相同。

更進(jìn)一步地，在所述有源區(qū)內(nèi)從上往下依次設(shè)置有第一電極，第一包層，上分別限制層，有源層，下分別限制層和第一襯底；通過在第一電極上施加偏置電流使激光器開始工作產(chǎn)生激光并輸出。