[发明专利]自锁模半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器，更具体而言涉及带间自锁模半导体激光器。

背景技术

电子可调谐的高重复率(＞10GHz)自锁模半导体激光器可以被视为电子电路中压控振荡器(VCO)的光学对应件，其对于受控高速逻辑和数字通信而言是非常重要的。自大约15年前出现以来，这种单片集成自锁模半导体激光器已经得到广泛的研究。在大多数情形下，短的反向偏置有源部分被用于可饱和吸收。还研究了使用离子注入形成可饱和吸收体。这些方案涉及比常规激光二极管制作更多的工艺步骤。已经报道了在利用具有大且超快的光学非线性子带间电子跃迁的量子级联激光器中的基于克尔透镜锁模的自锁模半导体激光器(例如见文章R.Paiella，F.Capasso，C.Gmachl，D.L.Sivco，J.N.Baillargeon，A.L.Hutchinson，A.Y.Cho，and H.C.Liu，″Self-mode-locking of quantumcascade lasers with giant ultrafast optical nonlinearities，″Science，290，1739-1742(2000))。这种方案在制作时不需要附加工艺步骤且因此是优选的。然而，涉及带间跃迁而非子带间跃迁的1.55μm的半导体激光器的固有自锁模效应要弱得多。近年来，已经报道了在大面积半导体激光器中使用皮秒脉冲注入的弱自锁模的增强。需要一种在制作中不需要附加工艺步骤的改进的自锁模(SML)半导体激光器。

发明内容

依据本发明，一种带间自锁模(SML)半导体激光器使用包括有源波导部分和共同增强自锁模的一个或多个无源波导部分的有源波导结构。这种方案最低程度地调整激光二极管制作工艺并提供对激光器腔长的更短限制，因此其推动对脉冲重复率的限制。在一个实施例中，1.56μm自锁模半导体激光器工作于40GHz重复率。该SML激光器基于通过将有源部分与一个或多个无源波导部分垂直地组合的增强克尔透镜锁模。脉冲光谱的半高宽(FWHM)宽度大于8nm，且时间域脉冲持续时间约为10ps。耦合到解理光纤的平均输出功率高于0dBm。

更具体而言，依据本发明，我们描述了一种自锁模半导体激光器，包括：

n+磷化铟(InP)衬底；

沉积在该n+InP衬底上的P+磷化铟(InP)层；

掩埋在该InP层内的有源波导部分；以及

掩埋在该InP层内并与该MQW有源波导部分分隔的第一无源波导部分。

可使用多量子阱(MQW)结构或者使用体材料来实施该有源波导部分。其它实施例包括在该有源波导部分的下方或上方形成第一无源波导部分，或者添加具有一个或多个层的第二无源波导部分。第二无源波导部分也可以位于该有源波导部分的上方或下方。其它实施例不同。用于第一和第二无源波导部分的折射率材料可以选自Q1.1、Q1.2和Q1.3型铟镓砷磷(InGaAsP)材料。

附图说明

本发明的其它方面、特征和优点通过下述详细描述、所附权利要求和附图而更加显而易见，附图中：

图1示出现有技术边缘发射折射率导引半导体激光器的俯视图；

图2示出图1的截面a-a的示意性截面图；

图3示出依据本发明的带间自锁模(SML)半导体激光器的示意性截面图；

图4示出In_1-xGa_xAs_yP_1-y的计算折射率与光子能量的函数，y组分增量为0.1；以及

图5示出图3的我们的带间SML激光器的示意性脉冲重复率。

在下述说明书中，不同附图中的相同元件标记代表相同元件。此外在元件标记中，第一位表示该元件第一次所在的附图(例如，101第一次在图1中出现)。

具体实施方式

参考图1，示出了现有技术边缘发射折射率导引半导体激光器100的俯视图。阴影区域表示有源波导101。在现有技术中，这种激光器被制作成带间连续波(CW)激光器或者被制作成子带间自启动自锁模(SML)激光器。激光器腔体L由两个解理面102和103形成，激光器频率由腔长和波导的折射率决定。在已经完成制作激光器100之后进行激光器100的解理，如参考图2所描述。边缘发射激光器100的输出从有源多量子阱(MQW)区域发射，如104所示。