專利名稱：單片集成串聯(lián)耦合腔波長可切換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，尤其是涉及一種單片集成的波長可切換半導體激光
o
背景技術：
寬帶可調(diào)諧的激光器在城域網(wǎng)和長距離遠程通信中都有著非常廣泛的應用。除了 用作替換光源，可以減少庫存數(shù)目和成本，還可以為設計更有效、更靈活的網(wǎng)絡結構提供了 可能性。例如，可調(diào)諧激光器和波長路由器的結合可以實現(xiàn)格式無關的空間光開關以及可 重組光分插復用功能等。與用分離元件構成的外腔可調(diào)諧激光器相比，單片集成的半導體可調(diào)諧激光器有 許多優(yōu)點，如結構緊湊，成本低，而且由于沒有活動部件，因而具有更高的可靠性。傳統(tǒng)的單 片集成可調(diào)諧半導體激光器通常需要用多個電極來連續(xù)調(diào)諧。圖1為一個基于分布布拉格 反射光柵的傳統(tǒng)可調(diào)諧半導體激光器的結構示意圖，它包含一個有源增益區(qū)，一個相移區(qū)， 以及一個布拉格光柵。三個區(qū)域上部分別有一個控制電極，當通過注入電流或者調(diào)節(jié)電極 電壓來改變布拉格光柵的反射峰值波長來調(diào)諧激光器的波長時，相移區(qū)必須跟著以一定關 系同時調(diào)節(jié)來防止激光器的模式跳變。而且由于受到調(diào)諧區(qū)材料折射率調(diào)節(jié)范圍的限制， 這種激光器波長的調(diào)節(jié)范圍通常只有l(wèi)Onm左右。V. Jarayman, Z. M. Chuang,以及 L. A. Coldren 在他們的文章 “Theory, design, and performance of extended tuning range semiconductor lasers with sampledgratings” IEEE J. Quantum Electron. Vol. 29，pp. 1824—1834，1993 中描述了一種 更復雜的調(diào)諧結構，能夠實現(xiàn)更大范圍的調(diào)諧。它包含四個電極分別控制兩個分布反射布 拉格光柵，以及相移區(qū)和增益區(qū)。波長的調(diào)節(jié)需要同時調(diào)節(jié)三個電極，其電流需要滿足精確 的相互關系，需要復雜的控制電路。這樣調(diào)節(jié)的復雜性大大降低了制造的成品率，增加了生 產(chǎn)成本，同時也帶來了器件的可批量生產(chǎn)性以及長期穩(wěn)定性的問題。關于串聯(lián)耦合腔激光器的研究興起于20世紀80年代初，當時的串聯(lián)耦合腔激光 器有兩類工藝制作方式，一種是在解離出來的法布里_珀羅腔激光器上刻蝕凹槽得到，(具 體見“Monolithic two-section GalnAsP/InP active-optical-resonatordevices formed by reactive-ion-etching", by L. A. Coldren et al, Appl. Phys. Lett. vol. 38, pp. 315 ~ 317，1981中的詳細描述)，另外一種為通過解理耦合腔的結構來實現(xiàn)(具體見“The cleaved-coupled-cavity(C3)laser”，by W. T. Tsang, Semiconductorsand Semimetals， vol. 22,p. 257，1985中的描述)。然而，這些早期的串聯(lián)耦合腔激光器在模式選擇性能上不 能令人滿意，因而此后很少有人再做相關的研究。本發(fā)明提出了一系列創(chuàng)新性設計，包括波 長切換機理和引入一個損耗可調(diào)的中間增益腔，從而大大提高了串聯(lián)耦合腔激光器的模式 選擇性能。在很多應用中，并不需要連續(xù)調(diào)諧激光器的波長，而只是要求激光器能在一系列 的離散波長上任意切換，比如世界電信聯(lián)盟定義的一系列相同信道間隔的工作波長。這樣的激光器可以用于可重構型光分插復用以及基于波長的光交換等。這類激光器的關鍵技術 要求包括(1)激光器可切換波長與事先所定義的一系列離散波長的精準匹配(例如國際 典型聯(lián)盟的某類標準定義)；(2)簡單同時可靠的波長切換控制；(3)高切換速度；(4)低信 道串擾；(5)工藝簡單，成本較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種單片集成串聯(lián)耦合腔波長可切換半導體激光器，可以 實現(xiàn)波長切換的功能同時滿足上述激光器關鍵技術的要求。本發(fā)明采用的技術方案是本發(fā)明包括三個串聯(lián)耦合的法布里_珀羅諧振腔，第一法布里_珀羅諧振腔與第 二法布里_珀羅諧振腔之間和第二法布里_珀羅諧振腔與第三法布里_珀羅諧振腔之間， 分別通過刻蝕的各自的空氣槽相隔開。所述的兩個空氣槽刻蝕深度超過半導體激光器的有 源芯層，第一法布里_珀羅諧振腔和第三法布里_珀羅諧振腔通過電泵浦的方式產(chǎn)生光學 增益從而輸出激光，同時第二法布里_珀羅諧振腔產(chǎn)生損耗用于優(yōu)化激光器的單模特性； 其中第一法布里_珀羅諧振腔的一個端面為解離形成的反射面，另一個為通過刻蝕形成 垂直側壁的空氣槽；第三法布里_珀羅諧振腔的一個端面為解離形成的反射面，另一個為 通過刻蝕形成垂直側壁的空氣槽。所述的兩個空氣槽的寬度必須等于四分之一中心工作波長的奇數(shù)倍；第二法布 里-珀羅諧振腔的光學長度必須等于二分之一中心工作波長的整數(shù)倍。所述的第一法布里-珀羅諧振腔和第三法布里-珀羅諧振腔的長度和信道間隔頻 率滿足如下公式的關系，其中△f和△f'為各自法布里-珀羅諧振腔的信道間隔頻率，ng 和ng'為各自法布里-珀羅諧振腔的群折射率，c為真空中的光速，L和L'分別為第一法 布里-珀羅諧振腔和第三法布里-珀羅諧振腔的長度
所述的兩個法布里-珀羅諧振腔的長度差異小于20%。所述的其中一個法布里-珀羅諧振腔的長度和△ f = 100GHz的信道間隔頻率相 對應，或其中一個法布里-珀羅諧振腔的長度和△ f = 50GHz的信道間隔頻率相對應。本發(fā)明具有的有益效果是(1)激光器的可切換波長與事先所定義的一系列離散波長的精準匹配(例如國際 電信聯(lián)盟的某類標準定義)；(2)波長切換速度較高；(3)簡單同時可靠的波長切換控制方式；(4)激光器的單模特性好，信道串擾低；(5)具備后期調(diào)節(jié)能力補償制作誤差；(6)工藝簡單，成本較低。為了方便闡述技術原理，下文中第一法布里-珀羅諧振腔(101)也稱為固定增益腔，第三法布里-珀羅諧振腔(102)也稱為信道選擇腔，第二法布里-珀羅諧振腔(103)也 稱為中間損耗腔。


圖1是背景技術介紹中提到的一種可調(diào)諧半導體激光器，它包括一個有源增益區(qū) (Gain)，相移區(qū)(Phase)，以及布拉格反射光柵區(qū)(Grating)。圖2是本發(fā)明的單片集成串聯(lián)耦合腔波長可切換半導體激光器的側視圖。其中 101，102，103為三個法布里-珀羅諧振腔；106，108為空氣槽；波導結構中116為緩沖層， 114為有源芯層，112為上包層，118為基底，120、121、122和123為電極圖3是表示固定增益腔(Fixed gain cavity)和信道選擇腔(Channel selectorcavity)的兩套諧振頻率位置關系的示意圖，中間耦合腔(Coupling cavity)的 傳輸函數(shù)以及激光工作物質(zhì)的增益光譜曲線(Material gain)。圖4是在1550nm波長情況下，空氣槽的反射(實線)和透射(虛線)系數(shù)隨著空 氣槽寬度的變化曲線。圖5是空氣槽寬度為別為入/4，3入/4，5入/4，7入/4，9入/4，11入/4和13入/4時 在1500nm到1600nm波段的反射光譜，\為中心波長，此時為1550nm。圖6是將中間耦合腔和信道選擇腔等效成一個整體之后，其對于固定增益腔的反 射光譜，此時中間耦合腔的單程損耗為4. 9dB。圖7是計算所得的激光器小信號增益情況，此時通過注入電流，固定增益腔和信 道選擇腔的增益都處于激射閾值增益附近。圖8是將中間耦合腔和信道選擇腔等效成一個整體之后，其對于固定增益腔的反 射光譜隨著中間耦合腔不同耦合損耗的變化關系，中間耦合腔的單程損耗為1. 23dB(a圖) 和 12. 3dB(b 圖)。圖9是不同激射模式的閾值增益同中間耦合腔不同耦合損耗的變化關系，圖示的 耦合損耗為 0，1. 23dB, 2. 46dB, 4. 9dB, 7. 4dB 和 12. 3dB。圖10是不同激射模式的閾值差異(Threshold difference)和中間耦合腔耦合損 耗(Coupling loss)的變化關系，a圖為相鄰的不同激射模式之間的關系，b圖為相距很遠 的不同激射模式之間的關系。
具體實施例方式下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。圖2是本發(fā)明的單片集成串聯(lián)耦合腔波長可切換半導體激光器的實施例示意圖。 包括三個串聯(lián)耦合的法布里-珀羅諧振腔101，103、102，第一法布里-珀羅諧振腔101與 第二法布里_珀羅諧振腔103之間和第二法布里-珀羅諧振腔103與第三法布里-珀羅諧 振102之間，分別通過刻蝕的各自的空氣槽106、108相隔開；其特征在于所述的兩個空氣 槽106、108刻蝕深度超過半導體激光器的有源芯層114，第一法布里-珀羅諧振腔101和第 三法布里_珀羅諧振腔102通過電泵浦的方式產(chǎn)生光學增益從而輸出激光，同時第二法布 里-珀羅諧振腔103產(chǎn)生損耗用于優(yōu)化激光器的單模特性；其中第一法布里-珀羅諧振腔 101的一個端面為解離形成的反射面，另一個為通過刻蝕形成垂直側壁的空氣槽106 ；第三法布里-珀羅諧振腔102的一個端面為解離形成的反射面，另一個為通過刻蝕形成垂直側 壁的空氣槽108。 第一法布里-珀羅諧振腔101和第三法布里_珀羅諧振腔102的長度和信道間隔 頻率滿足如下公式的關系，其中Δι和Af'為各自法布里-珀羅諧振腔的信道間隔頻率， ~和11/為各自法布里-珀羅諧振腔的有效群折射率，c為真空中的光速，L和L'分別為
第一法布里_珀羅諧振腔101和第三法布里_珀羅諧振腔102的長度 法布里-珀羅諧振腔101和102通過電泵浦的方式產(chǎn)生光學增益從而輸出激光， 同時中間耦合腔103產(chǎn)生一定的損耗用于優(yōu)化激光器的單模特性。為了讓空氣槽106及108具有高反射率鏡面的性能，空氣槽的寬度必須等于四分 之一中心工作波長的奇數(shù)倍，例如λ/4，3λ/4，5λ/4等(λ為中心工作波長)。中間耦合 腔103的光學長度等于二分之一中心工作波長的整數(shù)倍，從而在激光器諧振條件下，兩個 法布里_珀羅諧振腔101和102的輸出滿足相位匹配的條件。所述的兩個法布里-珀羅諧振腔101、102的長度差異小于20%。所述的其中一個法布里-珀羅諧振腔的長度和Δ f = IOOGHz的信道間隔頻率相 對應，或其中一個法布里_珀羅諧振腔的長度和Δ f = 50GHz的信道間隔頻率相對應。激光器工作時，其中一個法布里-珀羅諧振腔(例如101)加上一個固定的電流偏 置(本文中稱這個增益腔為固定增益腔)，同時另外一個法布里_珀羅諧振腔(例如102， 本文中稱為信道選擇腔)上所加的電流偏置可以改變，從而達到波長切換的效果。中間耦 合腔103可以通過電學方法(例如電流注入或者反向偏置)達到損耗可變的效果，用于優(yōu) 化激光器的模式選擇性能。這個激光器的波導結構由如下部分組成緩沖層116，在電泵浦下提供光學增益 的有源芯層114，上包層112，這些層狀結構均在基底118上通過外延生長方法得到。電極 121，123和122分別沉積在法布里-珀羅諧振腔101，103和102上表面。基底118的底部 同時也沉積另外一層電極120。電極121和122用于注入電流產(chǎn)生光學增益，同時對于信道 選擇腔來說，通過電極注入的電流也用于改變諧振腔的折射率從而實現(xiàn)波長切換的功能。 有源芯層通常為多量子阱結構，其他相關層狀結構也和目前主流的半導體激光器外延基片 一樣，分別進行不同的摻雜。在激光器的縱向方向，也需要制作標準的用于側向限制激光模 式的條形或脊型波導。在本發(fā)明中，固定增益腔101的長度是特定的，其長度能使其自由光譜范圍和某 一系列特定工作波長的頻率間隔相匹配，例如國際電信聯(lián)盟定義的系列波長間隔(比如 IOOGHz或50GHz)。自由光譜范圍在頻域中的定義如下面公式所示 其中c為真空中的光速，ng為激光器波導的有效群折射率，L為固定增益腔101的長度。同理可得，信道選擇腔102的自由光譜范圍的定義如下面公式所示 其中ng'和L'分別為信道選擇腔102的有效群折射率和長度。信道選擇腔的自由光譜范圍Af'和固定增益腔的自由光譜范圍Af有一定的差 異，因此在激光器的頻譜增益窗口范圍內(nèi)兩個腔只有一個諧振峰相互重合，如圖3所示。兩 個重合的諧振峰之間的距離由如下公式表示 為了防止同時有兩個重合的諧振峰同時輸出，Δ f。必須要大于波導材料的頻譜增
益窗口寬度。固定增益腔和信道選擇腔的諧振頻率由下面公式所決定 f — mc 其中m和m'為整數(shù)，η和η'為兩個諧振腔各自的平均有效折射率，L和L'為兩 個腔的長度。信道選擇腔的諧振頻率f'可以通過改變η'進行調(diào)節(jié)。兩個參數(shù)之間的變 化關系如下式所示 由于激光器的工作頻率為固定增益腔與信道選擇腔諧振峰重合的頻率，因此一個 較小的變化I Af-Af' I將會導致激光器工作頻率跳變一個信道。因此，激光器工作頻率 的改變量被放大了一個因子Δ f/I Af-Af' |，即 本發(fā)明的優(yōu)點之一就是顯著增加了激光器工作波長的調(diào)節(jié)范圍。具體可以從一 個例子更明顯地看出假設Af = 100GHz，Af' = 98GHz，則激光器工作頻率的調(diào)節(jié)范圍 與僅靠調(diào)節(jié)折射率所能產(chǎn)生的調(diào)節(jié)范圍相比擴大了 50倍。在上述數(shù)據(jù)條件下，設波導的 有效群折射率為3. 5，則固定增益腔以及信道選擇腔的長度分別為L = 428. 5 μ m，L'= 437. 4 μ m，其長度與傳統(tǒng)的DFB以及一般法布里-珀羅激光器相當。為了使空氣槽(如圖2中的106和108)能夠作為一個高反射率的反射鏡，空氣槽 的寬度必須等于四分之一中心波長的奇數(shù)倍，例如λ/4，3λ/4，5λ/4等(λ為中心工作波 長)。圖4所示為空氣槽的反射系數(shù)和透射系數(shù)隨著空氣槽寬度的變化關系，此時中心波 長為1550nm。另外一種情況，如果空氣槽的寬度等于四分之一中心波長的偶整數(shù)倍，例如λ /2，3 λ /2，5 λ /2等，而且假設光束傳播過程中發(fā)散造成的損耗可以忽略的話，空氣槽此 時的反射作用就基本上是可以忽略不計的。理論上，當空氣槽的寬度為λ /4的時候，其高反射性能是最好的。原因有如下兩 點(1)由于空氣槽部分沒有波導的側向限制，激光在空氣槽中傳播存在光束發(fā)散的損耗， 而這種損耗是隨著空氣槽寬度的增加而增加的，因而空氣槽越寬，反射性能越低，具體計算 結果如圖4所示。(2)當空氣槽的寬度等于四分之一中心波長的奇數(shù)倍ρ λ/4時(ρ為奇 數(shù))，如果P的取值很大，和中心波長相距越遠的信道波長的反射率就會和中心波長的反射 率偏離越大，這樣會導致嚴重的反射率不均勻性，進而對激光器的信道切換性能產(chǎn)生很大 的影響。具體計算結果如圖5所示，圖中畫出了空氣槽寬度從λ/4，3 λ/4，5 λ/4 —直變化 到13 λ/4時候不同波長的反射率的不均勻程度。然而另一方面，越小的空氣槽寬度意味著 越高的工藝制作難度。當中心波長為1550nm，空氣槽寬度取值為λ/4時，其實際長度僅為 0. 3875 μ m，這在當今一般的光刻刻蝕工藝上實現(xiàn)具有一定的難度。而5 λ /4到9 λ /4的取 值，等效成實際長度為1.944!11到3.49 4111，雖然理論性能上不如λ/4時候的好，但是能顯 著降低工藝難度，更適合大規(guī)模商用化生產(chǎn)。而且通過理論分析，不論空氣槽的具體寬度是 多少，空氣槽尺寸的誤差必須控制在士0. 1 μ m左右，這種精度要求對于目前的工藝技術上 是可以實現(xiàn)的。本發(fā)明中的中間耦合腔的長度相對較短，激光器工作時處于吸收狀態(tài)。它的光學 長度為二分之一中心波長的整數(shù)倍，可以表示成n" L" =m"入力，其中！!!"為一個小的整 數(shù)。這樣的取值能保證固定增益腔和信道選擇腔的模式處于相位匹配狀態(tài)，其共同的諧振 峰是干涉相長的。因為中間耦合腔的長度比較短，它會具有一個非常寬的濾波頻譜范圍，因 此對于激光器的工作波長范圍來說，它的濾波函數(shù)是波長不敏感的。中間耦合腔的作用是 引入一定的損耗使得固定增益腔和信道選擇腔達到最佳的耦合，從下文的分析可以看出， 引入這種損耗對于提高激光器模式選擇能力有非常重要的作用。為了分析本發(fā)明中所提出的激光器，將其中的一個法布里_珀羅諧振腔(例如固 定增益腔)作為激光器的主要諧振腔，同時將其它兩個法布里-珀羅諧振腔(信道選擇腔 和中間耦合腔)等效成這個主要的諧振腔的一個反射面。考慮一個具體的例子設L = 428. 5 μ m, L' = 437. 4ym,L// = 2 μ m，空氣槽的寬度為1. 94 μ m(5 λ/4)，同時假設固定增 益腔和信道選擇腔的增益系數(shù)相同(g' =g" =g)。如果中間耦合腔的損耗為4. 9dB(等 效為吸收系數(shù)α = 5676CHT1)，計算所得的激光器的閾值增益gth = 14. ecnT1。圖6所示為 將信道選擇腔和中間耦合腔等效成固定增益腔的一個反射面后計算所得的反射譜，可以看 到這個反射譜表現(xiàn)出了和采樣反射布拉格光柵相似的周期性極大值，然而卻不需要后者那 樣復雜的制作工藝和相當長的長度。這些周期性極大值所對應的波長由公式(4b)決定，周 期性極大值之間的間隔距離由公式(2)決定。同時，激光器的激射波長也必須滿足公式(4a)所描述的固定增益腔的諧振條件。 當信道選擇腔通過調(diào)諧使得它的某一個反射極大值和固定增益腔的某一波長重合，就會有 這個波長的激光產(chǎn)生激射輸出。為了表現(xiàn)本發(fā)明提出的串聯(lián)耦合腔激光器的波長選擇能力，使用傳輸矩陣的方法 分析了這個激光器的小信號增益模型。圖7所示為計算所得的激光器小信號增益結果，此 時固定增益腔 和信道選擇腔都通過電泵浦達到激射閾值gth = 14. 6cm—1，此時上述兩個諧振腔的折射率都為3. 5。激射的波長為1550. 12nm.可以看到此時激光器可以達到很高的邊模 抑制比。上面的例子中，在信道間隔為IOOGHz的情況下激光器切換一個信道，信道選擇腔 的折射率需要變化3. 7X 10_5。在C-波段切換完整的40個信道需要的折射率改變也僅僅 為1. 48 X 10_3，或者表示為0. 042 %，這樣小的折射率變化量可以通過電流注入或者反向偏 置電光效應很容易地達到。本發(fā)明所提出的激光器，其波長切換能力是離散而不是連續(xù)的。如果信道選擇腔 的折射率被調(diào)諧到了兩個相鄰激射模式的中間位置，此時激光器輸出模式的邊模抑制比會 降低，但是不會得到一個不在預設波長系列中的錯誤激射波長。在說明圖7的具體例子 中，通過計算可以得出，當折射率調(diào)諧發(fā)生偏差，信道選擇腔與固定增益腔重合的模式偏離 士 12. 5%信道間隔的情況下，仍然可以得到大于20dB的邊模抑制比。在實際應用中，可以 引入一個反饋電路監(jiān)測和穩(wěn)定折射率的變化，從而優(yōu)化激光器的輸出性能。
模式選擇能力包括激光器的信道串擾水平以及邊模抑制比大小，是本類激光器設 計中一個重要的考慮因素。在本發(fā)明中，可以通過對中間耦合腔損耗進行恰當?shù)娜≈档玫?優(yōu)化的模式選擇能力。為了表明中間耦合腔的損耗產(chǎn)生的作用，計算了將信道選擇腔和中 間耦合腔等效成固定增益腔的一個反射面后計算所得的反射譜和不同中間耦合腔損耗之 間的關系。圖8畫出了損耗值為1. 23dB和12. 3dB所對應的反射譜。此時的激光器閾值增 益分別為gth = 13. ScnT1以及15. 9cm-1.和圖6所示的損耗為4. 9dB的情況下的反射譜對 比可以發(fā)現(xiàn)，隨著損耗的增加，反射峰變得越尖銳，同時反射極大值和極小值之間的差異也 變得越小。因為良好的模式選擇能力是通過兩個增益腔的邊模錯位疊加產(chǎn)生的，因此反射峰 越尖銳，模式選擇能力越好，尤其是考慮和主模相鄰的邊模。然而，隨著反射極大值和極小 值之間的差異同時變小，對于距離主模較遠的邊模的抑制作用也隨之減弱。因此，可以看到 存在某一個特定的損耗值，使得中間耦合腔能達到最佳的模式選擇作用。模式選擇能力可以用主模和邊模之間的閾值差異來衡量。圖9所示為不同波長 的激射閾值和中間耦合腔損耗的關系，損耗取值分別為0，1. 23dB，2. 46dB，4. 9dB，7. 4dB和 12. 3dB。在圖10中，繪制出了主模和邊模的相對閾值差異和中間耦合腔損耗的關系，(a)圖 為相鄰的主模和邊模的情況，(b)圖為主模邊模相距較遠的情況?？梢钥吹疆敁p耗取值處 于4. 9dB 7. 4dB的范圍內(nèi)可以讓相鄰邊模和較遠邊模同時達到比較理想的閾值差異。中間耦合腔的損耗值可以在激光器制作完成后通過一定方法進行調(diào)節(jié)。由于工 藝制作階段會引入一定的尺寸誤差和波導性能降低，例如空氣槽側壁的垂直度以及光滑程 度，因此具備后期調(diào)節(jié)能力補償工藝誤差是本發(fā)明的一大優(yōu)勢。具體的調(diào)節(jié)可以通過在波 導上加上反向偏置電壓或者電流注入實現(xiàn)。同時，可以增大固定增益腔和信道選擇腔之間的波導長度差異來增加主模和相鄰 邊模的閾值差異，不過這樣會降低公式(3)決定的激光器的自由光譜范圍。本激光器的波長切換功能是基于電注入的方式實現(xiàn)的，理論分析可知在不同波長 之間切換的速度可達到納秒量級，具備高速切換的能力。隨著激光器制作工藝的進步，有理由認為空氣槽的寬度將可以進一步變小從而達 到更好的高反射性能。同時將單個空氣槽替換為多個深刻蝕的空氣槽也是一個可行的方案，這種情況下空氣槽的反射效率會進一步增加，同時為了達到高的模式選擇性能，所需的中間耦合腔的損耗也會隨之變??；而且整個激光器的閾值也會降低。
本發(fā)明的實施例只是用來解釋說明本發(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(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，以及其它根據(jù)本發(fā)明 的基本結構所派生的創(chuàng)新方案，都落入本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
一種單片集成串聯(lián)耦合腔波長可切換半導體激光器，包括三個串聯(lián)耦合的法布里-珀羅諧振腔(101，103、102)，第一法布里-珀羅諧振腔(101)與第二法布里-珀羅諧振腔(103)之間和第二法布里-珀羅諧振腔(103)與第三法布里-珀羅諧振(102)之間，分別通過刻蝕的各自的空氣槽(106、108)相隔開；其特征在于所述的兩個空氣槽(106、108)刻蝕深度超過半導體激光器的有源芯層(114)，第一法布里-珀羅諧振腔(101)和第三法布里-珀羅諧振腔(102)通過電泵浦的方式產(chǎn)生光學增益從而輸出激光，同時第二法布里-珀羅諧振腔(103)產(chǎn)生損耗用于優(yōu)化激光器的單模特性；其中第一法布里-珀羅諧振腔(101)的一個端面為解離形成的反射面，另一個為通過刻蝕形成垂直側壁的空氣槽(106)；第三法布里-珀羅諧振腔(102)的一個端面為解離形成的反射面，另一個為通過刻蝕形成垂直側壁的空氣槽(108)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種單片集成串聯(lián)耦合腔波長可切換半導體激光器，其特征 在于所述的兩個空氣槽(106、108)的寬度必須等于四分之一中心工作波長的奇數(shù)倍；第 二法布里-珀羅諧振腔(103)的光學長度必須等于二分之一中心工作波長的整數(shù)倍。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種單片集成串聯(lián)耦合腔波長可切換半導體激光器，其特征 在于所述的第一法布里-珀羅諧振腔(101)和第三法布里-珀羅諧振腔(102)的長度和 信道間隔頻率滿足如下公式的關系，其中Af和Af'為各自法布里-珀羅諧振腔的信道 間隔頻率，ng和ng'為各自法布里-珀羅諧振腔的有效群折射率，c為真空中的光速，L和 L'分別為第一法布里-珀羅諧振腔(101)和第三法布里-珀羅諧振腔(102)的長度
4.根據(jù)權利要求3所述的一種單片集成串聯(lián)耦合腔波長可切換半導體激光器，其特征 在于所述的兩個法布里-珀羅諧振腔(101、102)的長度差異小于20%。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種單片集成串聯(lián)耦合腔波長可切換半導體激光器，其特征 在于所述的其中一個法布里-珀羅諧振腔的長度和Af = 100GHz的信道間隔頻率相對 應，或其中一個法布里-珀羅諧振腔的長度和Af = 50GHz的信道間隔頻率相對應。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單片集成串聯(lián)耦合腔波長可切換半導體激光器。包括三個串聯(lián)耦合的法布里-珀羅諧振腔，第一與第二法布里-珀羅諧振腔之間和第二與第三法布里-珀羅諧振腔之間，分別通過刻蝕的各自的空氣槽相隔開。所述的兩個空氣槽刻蝕深度超過半導體激光器的有源芯層，第一和第三法布里-珀羅諧振腔通過電泵浦的方式產(chǎn)生光學增益從而輸出激光，同時第二法布里-珀羅諧振腔產(chǎn)生損耗用于優(yōu)化激光器的單模特性；其中第一和第三法布里-珀羅諧振腔的一個端面為解離形成的反射面，另一個為通過刻蝕形成垂直側壁的空氣槽。這種激光器的波長可以在一系列離散的數(shù)值上精確切換，具有單模特性好，波長切換控制方法可靠，制作工藝簡單成本較低等優(yōu)點。
文檔編號H01S5/06GK101859981SQ20101019594
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權日2010年6月8日
發(fā)明者何建軍, 金嘉亮 申請人:浙江大學