[發明專利]具有簡化構造的單模硅基III-V族混合激光器

在審

• 申請號: 202080033867.0
• 申請日: 2020-04-24
• 公開（公告）號: CN113785454A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: S·梅內佐;J·潘;T·蒂森
• 申請（專利權）人: 法國原子能源和替代能源委員會
• 主分類號: H01S5/02
• 分類號: H01S5/02;H01S5/0225;H01S5/026;H01S5/10;H01S5/12;H01S5/125;H01S5/14;H01S5/20
• 代理公司: 北京市鑄成律師事務所 11313
• 代理人: 王珺;卜晨

本發明涉及一種激光裝置，包括：III?V族異質結構放大介質(1，QW，2)；硅光波導(3，4)，包括面向放大介質中心部分的耦合段(71)、傳播段(74)和布置在耦合段(71)和傳播段(74)之間的第一過渡段(72)；第一和第二反射結構(Mf，Mr)，允許在它們之間形成用于放大介質的法布里?珀羅型諧振腔。耦合段(71)包括設置有通過減小耦合段的厚度和/或寬度設計的微反射器的折射率干擾區域(71)。第一反射結構(Mf)形成在波導的具有第一厚度的段中。第二反射結構(Mr)形成在波導的具有第一厚度且通過波導的第二過渡段(73)與耦合段(71)分隔開的一段(75)中，第二過渡段(73)具有大于第一厚度的第二厚度。

技術領域

本發明的領域是集成光子組件的領域，其使用能夠發光的半導體材料的特性和集成電路中常規使用的半導體材料的特性。

本發明更具體地涉及硅基混合激光器，其包括III-V族異質結構放大介質。

背景技術

硅基III-V族混合激光器通常包括：

-增益結構，其包括至少一個III-V族異質結構光放大介質，該異質結構能夠發光并且布置為覆蓋一段硅波導以與其形成混合波導段，

-光反饋結構，用于為放大介質形成諧振腔，和

-在混合波導段和其他硅波導段，特別是激光發射的光傳播段之間的光過渡。

術語“III-V族異質結構”是指可使用選自以下非詳盡列表的材料：InP、GaAs、InGaAlAs、InGaAsP、AlGaAs、InAsP。這種放大介質(也稱為增益介質)的異質結構可以包括各種層的堆疊，例如形成夾在第一摻雜層(優選為N型摻雜)和第二摻雜層(優選為P型摻雜)之間的量子阱的層的堆疊。

在分布式反饋激光器(即DFB激光器)的情況下，光反饋結構由分布式反射器構成，例如布拉格光柵，在增益結構之下或之中，形成波長選擇鏡。在分布式布拉格反射器激光器(即DBR激光器)的情況下，光反饋結構由在混合波導段兩側布置在波導中的反射器組成。

圖1示出了DFB激光器的簡化俯視圖，該俯視圖隨附有橫向于光傳播方向截取的三個截面，示出激光器的不同區域。

DFB激光器包括III-V族異質結構放大介質，例如形成的夾在N型摻雜InP層1和P型摻雜InP層2之間的量子阱的堆疊QW。由層1和層2以及量子阱堆疊QW形成的夾層厚度通常在2到3μm之間。激光器包括硅光波導。例如，其包括脊形波導，脊形波導包括由脊部4覆蓋的平板波導3。波導包括面向放大介質的中心部分的耦合段41、布置在耦合段41兩側的兩個過渡段42、43、以及分別光耦合到過渡段42、43中的一個的兩個傳播段44、45。過渡段42、43的尺寸設計成使得在耦合段41和相應的傳播段44、45之間幾乎沒有傳輸損耗和反射率。如現有技術已知的，用于此目的的脊形波導3、4較厚(平板3和脊部4的累積厚度因此通常大于或等于400nm，或500nm)，并且過渡段42、43比傳播段44、45寬(對于500nm的厚度，通常為400nm的寬度)。布拉格光柵形成在耦合段41中以提供光反饋。來自激光器腔的光因此與硅波導耦合并在輸出處沿著箭頭F1和F2從傳播段44、45中的每一個傳播。

布拉格光柵通常是通過在脊部4中以周期蝕刻一階四分之一波結構而形成，其中λ_m0是真空中的波長，n_eff是混合波導的有效指數(AA截面)。布拉格光柵可以設計成通過在耦合段的中心引入S段作為四分之一波型相位跳躍來執行激光裝置的單模操作。對于1310nm的真空波長λ_m0和約3.25的標準指數n_eff，布拉格光柵的周期通常約為200nm。這種光柵的制造需要高分辨率的光刻，因此控制仍然相對復雜。