基于耦合器的硅基異質(zhì)集成可調(diào)諧激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器，尤其涉及一種基于耦合器的硅基異質(zhì)集成可調(diào)諧激光 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 可調(diào)諧激光器由于它很強(qiáng)的相干性，這幾年在光電子器件領(lǐng)域都得到了相當(dāng)高的 關(guān)注，在波分復(fù)用、光交互聯(lián)、光路由、光調(diào)制、波長轉(zhuǎn)換等方面有廣泛應(yīng)用。而相對(duì)于其他 的例如基于分布式布拉格反射（DBR)的可調(diào)諧激光器需要制作光柵或者反射鏡等反饋結(jié) 構(gòu)提供反射機(jī)制，環(huán)形諧振腔結(jié)構(gòu)緊湊，具有尖銳的濾波峰，因此一經(jīng)提出，就作為理想的 選模結(jié)構(gòu)應(yīng)用到很多半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)中。
[0003] 傳統(tǒng)的單個(gè)環(huán)形諧振腔耦合半導(dǎo)體激光器利用環(huán)形諧振腔尖銳的濾波特性來提 高激光器的邊模抑制比，線寬和啁嗽特性。單環(huán)耦合的半導(dǎo)體激光器為了維持單模工作，通 常需要把環(huán)形諧振腔的彎曲半徑做的比較小來擴(kuò)大環(huán)形諧振腔的自由光譜范圍（FSR)，如 SeoijinPark等人在他們的文章 "Single-ModeLasingOperationUsingaMicroring ResonatorasaWavelengthSelector'，，IEEEJ.QuantumElectron,Vol. 38,pp270 ~ 273, 2002中制作了直徑為5~20μm的環(huán)形諧振器，其最大自由光譜范圍為42nm，以足夠 大的自由光譜范圍來保證激光器的單模工作。但小的彎曲半徑也會(huì)引入較大的波導(dǎo)彎曲損 耗，與此同時(shí)，小直徑環(huán)形諧振腔的耦合器的設(shè)計(jì)與制作也有很大的困難，通常需要使用電 子束光刻技術(shù)來制作相應(yīng)親合比的方向親合器。
[0004] 最近，基于半波耦合器的單環(huán)諧振腔耦合的半導(dǎo)體激光器受到很多的關(guān)注，如Lin Wu等人在他們的文章"DoubleHalf-Wave-CoupledRectangularRing-FPLaserwith 35XIOOGHzWavelengthTuning'ThotonicsTechnologyLetters28626_2014.R中利用兩 個(gè)串聯(lián)的有源環(huán)形諧振腔和主增益有源諧振腔通過兩個(gè)半波耦合器進(jìn)行耦合來實(shí)現(xiàn)激光 器的選模，并在1549. 4nm~1576. 7nm的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了無跳模調(diào)諧，并且最大的邊模抑制比 達(dá)到了 41db。雙環(huán)諧振腔耦合的方式使對(duì)環(huán)形諧振腔半徑的限制大大放寬，雙環(huán)的游標(biāo)效 應(yīng)還能增加激光器的邊模抑制比，并能進(jìn)一步利用游標(biāo)效應(yīng)擴(kuò)大激光器的調(diào)諧范圍。但是， 雙環(huán)諧振腔耦合半導(dǎo)體激光器的反射鏡側(cè)面要求較高，制作工藝復(fù)雜，同時(shí)對(duì)于多模干涉 耦合器結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)半波耦合器對(duì)于間隔和長度的影響非常敏感，這對(duì)于激光器的工藝制作 要求和難度非常大，大大降低了成品率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于耦合器的硅基異質(zhì)集成可 調(diào)諧激光器。
[0006] 為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案有以下三種：
[0007] -、第一種基于耦合器的硅基異質(zhì)集成可調(diào)諧激光器
[0008] 本發(fā)明包括內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔，無源選模腔；無源選模腔內(nèi)的模斑轉(zhuǎn) 換器的一端與內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔連接；無源選模腔，包括傳輸波導(dǎo)，相位耦 合器和無源環(huán)形諧振腔；相耦合器有四個(gè)端口，第一端口經(jīng)第二調(diào)諧區(qū)與第一反射鏡連 接，第二端口經(jīng)傳輸波導(dǎo)與模斑轉(zhuǎn)換器的另一端連接；第三端口第四端口分別與無源環(huán)形 諧振腔連接，無源環(huán)形諧振腔內(nèi)有第一調(diào)諧區(qū)；第一調(diào)諧區(qū)的光程占無源環(huán)形諧振腔的總 光程的比例和第二調(diào)諧區(qū)的光程占內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔和無源選模腔內(nèi)的傳輸 波導(dǎo)的總光程的比例相等。
[0009] 二、第二種基于耦合器的硅基異質(zhì)集成可調(diào)諧激光器
[0010] 本發(fā)明包括內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔，無源選模腔；無源選模腔內(nèi)的模斑轉(zhuǎn) 換器的一端與內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔連接；無源選模腔，包括傳輸波導(dǎo)，η相位耦 合器，π/2相位耦合器和兩個(gè)無源環(huán)形諧振腔；π/2相位耦合器有四個(gè)端口，第一端口經(jīng) 第二調(diào)諧區(qū)與第一反射鏡連接，第二端口經(jīng)傳輸波導(dǎo)與模斑轉(zhuǎn)換器的另一端連接；第三端 口第四端口分別與第一無源環(huán)形諧振腔連接，第一無源環(huán)形諧振腔內(nèi)有第一調(diào)諧區(qū)^相 位耦合器有四個(gè)端口，第一端口和第二端口分別與第一無源環(huán)形諧振腔連接，第三端口第 四端口分別與第二無源環(huán)形諧振腔連接，第二無源環(huán)形諧振腔內(nèi)有第一調(diào)諧區(qū)；兩個(gè)第一 調(diào)諧區(qū)的光程占各自無源環(huán)形諧振腔的總光程的比例和第二調(diào)諧區(qū)的光程占內(nèi)部帶有增 益區(qū)的有源諧振腔和無源選模腔內(nèi)的傳輸波導(dǎo)的總光程的比例相等。
[0011] 三、第三種基于耦合器的硅基異質(zhì)集成可調(diào)諧激光器
[0012] 本發(fā)明包括內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔，無源選模腔；無源選模腔內(nèi)的模斑轉(zhuǎn) 換器的一端與內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源諧振腔連接；無源選模腔，包括傳輸波導(dǎo)，兩個(gè)η相 耦合器和兩個(gè)無源環(huán)形諧振腔；兩個(gè)η相耦合器均有四個(gè)端口，第一η相耦合器的第一端 口經(jīng)第二調(diào)諧區(qū)與第一反射鏡連接，第二端口經(jīng)傳輸波導(dǎo)與第二η相耦合器的第一端口 連接，第三端口第四端口分別與第一無源環(huán)形諧振腔連接，第一無源環(huán)形諧振腔內(nèi)有第一 調(diào)諧區(qū)；第二η相耦合器的第二端口經(jīng)傳輸波導(dǎo)與模斑轉(zhuǎn)換器的另一端連接；第三端口 第四端口分別與第二無源環(huán)形諧振腔連接，第二無源環(huán)形諧振腔內(nèi)有第一調(diào)諧區(qū)；兩個(gè)第 一調(diào)諧區(qū)的光程占各自無源環(huán)形諧振腔的總光程的比例和第二調(diào)諧區(qū)的光程占內(nèi)部帶有 增益區(qū)的有源諧振腔和無源選模腔內(nèi)的傳輸波導(dǎo)的總光程的比例相等。
[0013] 以上三種基于耦合器的硅基異質(zhì)集成可調(diào)諧激光器，所述內(nèi)部帶有增益區(qū)的有源 諧振腔是環(huán)形諧振腔或法布里-珀羅諧振腔，是基于有源量子阱材料，輸出TE模，通過倒裝 焊接或鍵合將增益芯片異質(zhì)集成到基于SOI材料的無源選模腔上；所述第一調(diào)諧區(qū)和第二 調(diào)諧區(qū)通過各自電極正向注入電流或施加反向電壓實(shí)現(xiàn)電調(diào)諧，或通過鍍上鎳鉻合金并注 入正向電流來實(shí)現(xiàn)熱調(diào)諧；所述η相位耦合器，由三根由等間距排列的波導(dǎo)構(gòu)成，或多模 干涉耦合器來實(shí)現(xiàn)。
[0014] 所述模斑轉(zhuǎn)換器，采用漸變波導(dǎo)寬度的楔形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)有源量子阱波導(dǎo)和 無源SOI波導(dǎo)的模斑匹配。
[0015] 本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比，具有的有益效果是：
[0016] 本發(fā)明需要單個(gè)或多個(gè)環(huán)形諧振腔配合一個(gè)有源諧振腔來實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器的 單模工作，其中：采用的π相位耦合器，相比較以往的π/2相位耦合器具有很強(qiáng)的選模特 性，從而使激光器的各個(gè)性能得到提升；采用的半波耦合器由于采用SOI材料，理論上可以 獲得完美的η相位，性能和效果都可以達(dá)到最好，而且制作工藝也相對(duì)簡單，并且容差也 很大；采用的無源SOI選模腔既可以做在有源諧振腔內(nèi)也可以做在腔外，這在設(shè)計(jì)上可以 獲得更大的自由度；采用的無源SOI環(huán)形諧振腔的直徑大小不受限制，尺寸大大減少，簡化 了制作工藝；采用的無源SOI環(huán)形諧振腔既可以并聯(lián)也可以串聯(lián)多個(gè)環(huán)來尋求更優(yōu)的性 能，以及更大的調(diào)諧范圍；采用的模斑轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)在焊接或鍵合過