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高速調制半導體激光器的制作方法

文檔序號:6897905閱讀:321來源:國知局
專利名稱:高速調制半導體激光器的制作方法
技術領域
本發(fā)明涉及半導體激光器,尤其是一種高速調制半導體激光器,屬于光電 子器件領域。
技術背景近年來,隨著互聯網以及信息交互的迅猛發(fā)展,人們對光通信網絡數據傳輸提出了高速率、大帶寬的要求。要實現高速率(如大于40Gb/s),就必須發(fā)展高 速調制的激光器。起初,人們通過直接調制激光器注入電流的方法獲得了一定 的調制速率。這是一種最為簡便的方法,同時卻也因為啁啾而存在固有的調制 速率限制。此后,人們采用外置調制器的方式對一個連續(xù)輸出的激光實現了高 速調制。相比于直接調制方式,這種外置調制器方式在調制速率方面有很大的改進,但這種方式仍然存在一些不足之處調制器與激光器分離,難以實現單片集成,存在一定啁啾,難以滿足更高調制速率要求,且消光比較小,還存在 成本過高的問題。由于光通信的日益普及,甚至要進入千家萬戶,也就是所謂 的"光纖到戶"。在這種形勢下,高性能、低成本的高速調制激光器是一個極為 關鍵的器件。 發(fā)明內容針對現有技術不足,本發(fā)明的目的是提供一種具有低閾值、低啁啾的高速 調制半導體激光器。為達上述目的,本發(fā)明采取的技術解決方案為本發(fā)明的高速調制半導體激光器,包括一個諧振腔和一條弓形光波導,諧 振腔位于弓形光波導的凹側,并與弓形光波導形成兩耦合區(qū),諧振腔具有產生 增益的增益區(qū)域、相位調諧區(qū)域、以及位于增益區(qū)域與相位區(qū)域之間的分隔區(qū) 域,位于兩耦合區(qū)之間的弓形光波導具有一個加載調制信號并對吸收系數或增 益系數或相位進行調制的調制區(qū)域,弓形光波導的端口發(fā)射隨調制信號發(fā)生改 變的激光。為了監(jiān)控激光器功率,可在兩耦合區(qū)之間的弓形光波導上接入三端口的功 分器,功分器接入方式有以下兩種 一種是功分器的輸入端口與弓形光波導的 調制區(qū)域相連,功分器的一個輸出端口與弓形波導相連接,功分器的另一個輸 出端口與探測器相連;另一種是功分器的輸入端口與弓形光波導相連,功分器 的一個輸出端口與弓形波導的調制區(qū)域相連接,功分器的另一個輸出端口與探本發(fā)明中,所說的吸收系數或增益系數或相位調制是電流注入或電吸收調制。本發(fā)明中,所說的諧振腔可以是微環(huán)、微盤和光子晶體微腔中的任意一個, 或任意兩個或多個組合所構成的復合諧振腔。本發(fā)明中,所說的諧振腔與弓形光波導的耦合可以是基于倏逝波耦合,其 耦合方式是橫向耦合或垂直耦合。也可以是基于多模干涉耦合,其耦合方式是 橫向耦合或垂直耦合。高速調制半導體激光器的工作過程在相位調諧區(qū)域加載某一恒定電流, 利用電致效應實現相位微調,使得弓形光波導的相位與諧振腔的相位相匹配。 在諧振腔增益區(qū)域加載恒定的泵浦源,使激光增益介質達到粒子數反轉狀態(tài), 獲得一定的光增益G。同時,在弓形波導的調制區(qū)域引入一個調制信號,通過 光致方法或電致方法來改變調制區(qū)域的吸收系數或增益系數或相位,從而改 變激光振蕩的閾值Gth。當諧振腔增益Gt^G,則產生激光;反之,則不產生激 光。通過這種調制方式,可以實現高速調制。本發(fā)明的高速調制半導體激光器具有低閾值、低啁啾的優(yōu)點,且結構簡單、 制作方便、易于集成;可以實現高速調制。


圖l是高速調制半導體激光器的構成示意圖;圖2是高速調制半導體激光器的另一種構成示意圖;圖3是高速調制半導體激光器中采用微盤結構諧振腔示意圖;圖4是閾值增益系數Gth隨調制區(qū)域吸收系數am的變化情況; 圖5是諧振波長 wes隨調制區(qū)域吸收系數(xm的變化情況; 圖6是調制區(qū)域吸收系數oim-0、 6.0 cm"時的小信號增益譜;具體實施方式
參照圖l,高速調制半導體激光器一個諧振腔1和一條弓形光波導2,諧振 腔1位于弓形光波導2的凹側,在諧振腔1與弓形光波導2距離最接近的A、 B 處形成兩耦合區(qū)3、 4,諧振腔1具有產生增益的增益區(qū)域la、相位調諧區(qū)域lb、 以及位于增益區(qū)域la與相位區(qū)域lb之間的分隔區(qū)域lc,位于兩耦合區(qū)3、 4之 間的弓形光波導2具有一個加載調制信號并對吸收系數或增益系數或相位進行 調制的調制區(qū)域2b,弓形光波導2的端口 2a發(fā)射隨調制信^"發(fā)生改變的激光。圖2所示具體結構,是在圖1高速調制半導體激光器的兩耦合區(qū)3、 4之間的弓形光波導2上接有三端口的功分器5 ,功分器5的輸入端口 5a與弓形光波 導2的調制區(qū)域2b相連,功分器5的一個輸出端口 5b與弓形波導2相連接, 功分器5的另一個輸出端口 5c與探測器6相連。在以上圖1、圖2所示結構中,諧振腔1均采用微環(huán)結構;或者也可以采 用微盤結構(見圖3)。在以上圖l、圖2所示結構中,諧振腔l與弓形光波導2的耦合是基于倏逝 波耦合,并采用橫向耦合方式,或者也可以采用垂直耦合方式。上述的諧振腔1與弓形光波導2的耦合也可以是基于多模干涉耦合,采用 橫向或垂直耦合方式。下面以圖1所示高速調制激光器為例,說明本發(fā)明具有高速調制、低啁啾 的特點。此例中,諧振腔采用微環(huán)結構,微環(huán)半徑i^61.672,,耦合區(qū)耦合系數 K=0.707。假設位于兩耦合區(qū)之間的諧振腔部分對應的圓心角e=7t,則其長度為 L產Re。假設位于兩耦合區(qū)之間的弓形波導部分長度為L^242.3934^im,則兩部 分長度差AI^L2-L^48.6434nm。通過調節(jié)相位區(qū)域使得它們之間的相位差為 0.85兀(對于中心波長而言)。高速調制區(qū)域長度L2b=20(Him,相位區(qū)域長度為 L2c=42.3934nm。假設高速調制區(qū)域吸收系數am=0 (即高速調制區(qū)域透明),諧 振腔內增益區(qū)域的閾值增益系數Gth約為6.175 dB/cm (對應于諧振波長 1548.1105 nm)。而當在高速調制區(qū)域引入電致吸收時,閾值增益系數Gth迅速 增高。例如,當a^4.0cm人G也約為21.415dB/cm (將近am=0時的增益系數的 近四倍)。圖4給出了閾值增益系數Gth隨高速調制區(qū)域吸收系數o^的變化情 況。當高速調制區(qū)域吸收系數變化時,其折射率也發(fā)生一定變化An。設An=y am, 其中"1.85xl(T5 cm。圖5給出了諧振波長、s隨高速調制區(qū)域吸收系數am的變 化情況。由此可見,即使高速調制區(qū)域吸收系數c^增大到10.0cm",諧振波長 Ves變化量僅為0.043nm。而實際工作時,僅需將高速調制區(qū)域吸收系數在 0 2.0cm"變化,對應的諧振波長漂移僅為0.0055nm。這表明波長啁啾非常小。 在圖6中,曲線#1、弁2分別給出了高速調制區(qū)域吸收系數cxm二0、 6.0 cm"時的 小信號增益譜(取增益區(qū)域的增益系數Gth=6.175dB/cm)。由此可見,通過高 速調制區(qū)域吸收系數即可實現激光器輸出的調制。上述實施例用來解釋說明本發(fā)明,而不是對本發(fā)明進行限制,在本發(fā)明的 精神和權利要求的保護范圍內,對本發(fā)明作出的任何修改和改變,都落入本發(fā) 明的保護范圍。
權利要求
1.高速調制半導體激光器,其特征在于包括一個諧振腔(1)和一條弓形光波導(2),諧振腔(1)位于弓形光波導(2)的凹側,并與弓形光波導(2)形成兩耦合區(qū)(3)、(4),諧振腔(1)具有產生增益的增益區(qū)域(1a)、相位調諧區(qū)域(1b)、以及位于增益區(qū)域(1a)與相位區(qū)域(1b)之間的分隔區(qū)域(1c),位于兩耦合區(qū)(3)、(4)之間的弓形光波導(2)具有一個加載調制信號并對吸收系數或增益系數或相位進行調制的調制區(qū)域(2b),弓形光波導(2)的端口(2a)發(fā)射隨調制信號發(fā)生改變的激光。
2. 根據權利要求1所述的高速調制半導體激光器,其特征是在兩耦合區(qū)(3)、 (4)之間的弓形光波導(2)上接有三端口的功分器(5),功分器(5)的輸入端口(5a)與 弓形光波導(2)的調制區(qū)域(2b)相連,功分器(5)的一個輸出端口(5b)與弓形波導(2) 相連接,功分器(5)的另一個輸出端口(5c)與探測器(6)相連。
3. 根據權利要求1所述的高速調制半導體激光器,其特征是在兩耦合區(qū)(3)、 (4)之間的弓形光波導(2)上接有三端口的功分器(5),功分器(5)的輸入端口(5a)與 弓形光波導(2)相連,功分器(5)的一個輸出端口(5b)與弓形波導(2)的調制區(qū)域 (2b灘連接,功分器(5)的另一個輸出端口(5c)與探測器(6)相連。
4. 根據權利要求1所述的高速調制半導體激光器,其特征在于所說的吸收系 數或增益系數或相位調制是電流注入或電吸收調制。
5. 根據權利要求1所述的高速調制半導體激光器,其特征在于諧振腔(l)是微 環(huán)、微盤和光子晶體微腔中的任意一個,或任意兩個或多個組合所構成的復合 諧振腔。
6. 根據權利要求1所述的高速調制半導體激光器,其特征在于諧振腔(l)與弓 形光波導(2)的耦合是基于倏逝波耦合,其耦合方式是橫向耦合或垂直耦合。
7. 根據權利要求1所述的高速調制半導體激光器,其特征在于諧振腔(l)與弓 形光波導(2)的耦合是基于多模干涉耦合,其耦合方式是橫向耦合或垂直耦合。
全文摘要
本發(fā)明公開的高速調制半導體激光器,包括一個諧振腔和一條弓形光波導,諧振腔位于弓形光波導的凹側,并與弓形光波導形成兩耦合區(qū),諧振腔具有產生增益的增益區(qū)域、相位調諧區(qū)域、以及位于增益區(qū)域與相位區(qū)域之間的分隔區(qū)域,位于兩耦合區(qū)之間的弓形光波導具有一個加載調制信號并對吸收系數或增益系數或相位進行調制的調制區(qū)域。在相位調諧區(qū)域加載某一恒定電流,利用電致效應實現相位微調,使得弓形光波導的相位與諧振腔的相位相匹配,在弓形波導的調制區(qū)域引入一個調制信號以改變激光振蕩的閾值,從而實現高速調制。本發(fā)明具有低閾值、低啁啾的優(yōu)點,且結構簡單、制作方便、易于集成。
文檔編號H01S5/10GK101325313SQ20081012003
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月15日 優(yōu)先權日2008年7月15日
發(fā)明者戴道鋅 申請人:浙江大學
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