一種定波長單縱模工作的脊波導分布反饋半導體激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種定波長單縱模工作的脊波導分布反饋半導體激光器，其主體是在單個半導體激光器管芯上構成的雙脊條脊波導結構，兩脊條平行且具有相同的長度；兩脊條之一相對于另一脊條的寬度在靠近所述激光器背向端面一側局部有所加寬。如此，本發(fā)明可實現(xiàn)兩個脊條在背向端面處光場反射率相位相差π,從而使得兩脊條其中之一在所述激光器的前向端面處總能在布拉格(Bragg)阻帶的指定一邊的波長激射，因而達到實現(xiàn)定波長單縱模工作之目的，且制作成本較低。
【專利說明】一種定波長單縱模工作的脊波導分布反饋半導體激光器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器，特別是一種在布拉格(Bragg)阻帶指定一邊波長激射的定波長單縱模工作的分布反饋(DFB)半導體激光器。
【背景技術】
[0002]在過去的幾十年里，互聯(lián)網(wǎng)及多媒體應用的飛速發(fā)展使得用戶對通信帶寬的要求與日俱增?；诓ㄩL復用的波分復用(Wavelength Multiplexing Method,簡稱WDM)技術利用不同波長的光載波信號攜帶不同的傳輸信息，在發(fā)射端經(jīng)復用后在同一信道中傳輸，在接收端通過解復用再將不同的光載波分離，經(jīng)接收機后恢復各通道的原信號。WDM系統(tǒng)中發(fā)射端的多波長光源是該系統(tǒng)發(fā)射機中必不可少的光源器件。光源中的各個通道在帶寬不斷增大的驅動下變得越來越密集。例如，ITU-T規(guī)定的密集波分復用(DWDM)系統(tǒng)中通道間隔僅為0.Snm的。這就對光源的波長的準確度提出了嚴格的要求，也即作為光源的激光器需要有確定的激射波長。
[0003]目前實現(xiàn)定波長激射的激光器有折射率耦合型1/4相移光柵DFB結構(參考文獻:H.Haus, and C.Shank, IEEE J.0f Quantum Electron., 12 (9), 532-540，1976.)，該結構在Bragg阻帶的中心即布拉格波長處存在一個損耗最低的模式，從而實現(xiàn)了定波長即布拉格波長處的單縱模運行。但是其制作工藝復雜，導致成品率很低。此外，該類器件在兩端面均要求鍍以完美的減反鍍膜層以保證器件性能，因而仍存在由無法利用后端面出射光(占總光功率的50% )導致的功率浪費問題。此外，折射率與增益或折射率與損耗混合耦合型光柵結構通過破壞光譜中Bragg波長兩側模式的增益或損耗對稱性而抑制一邊的對稱模式。而根據(jù)增益或損耗光柵相對于折射率光柵的同相分布或反向分布，可以確定的選擇布拉格阻帶紅邊或藍邊的波長，從而實現(xiàn)定波長單縱模運轉(參考文獻:Y.Luo etal.，Appl.Phys.Lett.，56，1620-1622，1990.)。盡管對此結構的優(yōu)秀特性及高成品率有過許多報道，這種激光器卻一直未能成為流行產品，通常認為其主要原因是折射率/增益混合耦合型光柵結構的介入會引起器件的可靠性問題。DBR激光器(參考文獻:Z.Fan，P.Heim, J.Song, M.Dagenais, et al., Proc.SPIE 3491, 185-188, 1998)利用了無源的 Bragg光柵作為激光器的具有波長選擇性的端面反射器以替代FP腔中的鏡面反射。Bragg光柵反射最大處的某個FP腔模成為DBR激光器的激射模式，從而也達成在Bragg光柵反射峰值附近定波長單縱模運轉條件。然而，DBR結構的缺點在于，其需要無源光柵波導與有源區(qū)波導復雜的單片集成對接生長技術，導致成品率和可靠性問題，并且無源光柵區(qū)必需具有足夠長度以達到要求的邊模抑制比，因此器件尺寸較大。目前結構簡單、成本低的折射率耦合型均勻光柵DFB激光器通過對兩個端面進行非對稱鍍膜可以破壞兩個簡并模式的對稱性(參考文獻:W.Streifer, R.Burnham, and D.Scifres, IEEE J.0f QuantumElectron., 11(4), 154-161，1975.)，實現(xiàn)單縱模工作運轉。然而，在實際的器件生產中，由器件端面解理位置的不確定引起的端面隨機相位會導致Bragg阻帶任一邊的模式都有可能激射。因而，在可以實現(xiàn)單縱模激射的器件中，滿足確定一邊波長激射的器件成品率僅為50%。
[0004]由于通常的折射率耦合型均勻光柵DFB激光器管芯上只有一個脊條，采用均勻光柵并加以端面非對稱鍍膜后盡管一般可增加單縱模激射的概率，但卻無法預先確定單縱模是工作在Bragg阻帶哪一邊的波長上。從而造成了批量制做時，在滿足單縱模激射的激光器中，理論上只有50%成品率的激光器能工作在指定波長上。而其余50%的管芯將工作在間隔至少大于Inm的其它波長上而無法在采用諸如DWDM技術的網(wǎng)絡中被使用。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明提供一種定波長單縱模工作的脊波導分布反饋半導體激光器，以至少能夠以低成本的方案解決目前在光纖通信網(wǎng)絡中普遍采用的折射率耦合型均勻光柵DFB激光器無法實現(xiàn)確定波長單縱模激射的問題。該低成本方案可應用于需要定波長激射光源器件的應用場景，如采用DWDM技術的網(wǎng)絡。
[0006]本發(fā)明解決上述技術問題采用以下的技術方案:
[0007]本發(fā)明提供的定波長單縱模工作的脊波導分布反饋半導體激光器，其主體是在單個半導體激光器管芯上具有一種由第一脊條和第二脊條構成的雙脊條脊波導結構，兩脊條沿Z方向平行，并且沿Z方向均具有相同的長度；兩脊條中，其未加寬脊條部分的沿y方向的寬度均相同，第二脊條在靠近其背向端面的一側存在局部的沿y方向加寬的部分；所述第二脊條的背向端面處的端面光場反射率相對于第一脊條的背向端面處的端面光場反射率存在η相移。所述雙脊條中，其一側端面為背向端面，另一側端面是前向端面，該前向端面為信號輸出端面。
[0008]在單個半導體激光器管芯上形成一種由第一脊條和第二脊條構成的雙脊條結構，兩脊條均沿z方向平行，并且沿z方向均具有相同的長度；兩脊條中，其未加寬脊條部分的沿I方向的寬度均相同，第二脊條在靠近其的背向端面的一側存在局部的沿I方向加寬的部分。所述激光器的信號輸出端面為前向端面，另一側端面為背向端面。所述激光器的第二脊條的背向端面處的端面光場反射率相對于第一脊條的背向端面處的端面光場反射率存在π相移。
[0009]所述的第二脊條的加寬脊條部分沿ζ方向的長度Lp滿足:
【權利要求】
1.一種定波長單縱模工作的脊波導分布反饋半導體激光器，其特征是包括主體，該主體在單個半導體激光器管芯上具有一種由第一脊條(10)和第二脊條(11)構成的雙脊條脊波導結構，兩脊條沿Z方向平行，并且沿Z方向均具有相同的長度；兩脊條中，其未加寬脊條部分的沿y方向的寬度均相同，第二脊條(11)在靠近其背向端面(15)的一側存在局部的沿y方向加寬的部分；所述第二脊條(11)的背向端面(15)處的端面光場反射率相對于第一脊條(10)的背向端面(15)處的端面光場反射率存在π相移；所述雙脊條中，其一側端面為背向端面(15)，另一側端面是前向端面(14)，該前向端面為信號輸出端面。
2.根據(jù)權利要求1所述的脊波導分布反饋半導體激光器，其特征是第二脊條(11)的加寬脊條部分沿z方向的長度Lp滿足: 式中:λα為激射模式在真空中的波長，neff為第一脊條(10)對應區(qū)域的有效折射率，n, eff是第二脊條(11)在加寬脊條部分即Lp長度對應的區(qū)域內的有效折射率。
3.根據(jù)權利要求1所述的脊波導分布反饋半導體激光器，其特征是第二脊條(11)的加寬脊條部分沿y方向的寬度Wp滿足:
Wp > W, 式中:w為第一脊條(10)的寬度，也是第二脊條(11)未加寬部分的寬度;wP為第二脊條(11)的加寬脊條部分的寬度。
4.根據(jù)權利要求3所述的脊波導分布反饋半導體激光器，其特征是W和Wp的取值均滿足現(xiàn)有脊波導半導體激光器對脊條寬度的要求即保證該激光器不產生多橫模激射，具體的取值與要求的激光器激射波長以及該激光器的材料相關。
5.根據(jù)權利要求1所述的脊波導分布反饋半導體激光器，其特征在于第一脊條(10)和第二脊條(11)在y方向的間隔不小于10um。
6.根據(jù)權利要求1所述的脊波導分布反饋半導體激光器，其特征在于所述兩脊條的前向端面(14)處鍍有減反膜層；所述兩脊條的背向端面(15)處鍍有高反膜層，或保持自然解理狀態(tài)。
7.權利要求1至6中任一權利要求所述脊波導分布反饋半導體激光器的用途，其特征是該激光器在需要定波長激射的光源器件中的應用。
8.根據(jù)權利要求7所述的用途，其特征是該激光器在采用密集波分復用即DWDM技術的網(wǎng)絡中的應用。
【文檔編號】H01S5/22GK104184045SQ201410415244
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權日:2014年8月22日
【發(fā)明者】奚燕萍, 李洵 申請人:華中科技大學