[发明专利]一种利用光外差法产生高频微波的集成光电子器件

权利要求书

1.一种利用光外差法产生高频微波的集成光电子器件，其特征在于，所述集成光电子器件由主激光器和从激光器平行放置在衬底上，在衬底上依次外延下波导层、多量子阱有源层、光栅层、上波导层、上包层、欧姆接触层，将它们集成在一起，通过改变主激光器的注入电流对主激光器进行直接调制，而从激光器工作在直流状态，设主激光器的调制频率设为f，则在其中心波长两侧会出现间隔为f的n个阶次的调制边带，其中n为1至10之间的整数；主激光器和从激光器通过多模干涉器MMI或者用一个微环结构耦合在一起，使得主激光器的光能够注入从激光器，当主激光器的第k阶调制边带与从激光器正好满足注入锁定的条件，那么从激光器的频率将被该阶调制边带锁定，其中k≤n；锁定后的第k阶边带处的光与中心波长处的光进行拍差，就可以获得频率为kf且相位噪声较小的微波，从而实现利用多模干涉器或者微环结构来实现主、从两个激光器的耦合，实现了光生微波系统的单片集成。

2.根据权利要求1所述利用光外差法产生高频微波的集成光电子器件，其特征在于，所述激光器采用分布反馈型DFB半导体激光器。

3.根据权利要求1或2所述利用光外差法产生高频微波的集成光电子器件，其特征在于，所述主、从两个DFB激光器采用具有相同周期的光栅结构，这样可以采用相对简单许多的全息曝光方式制作光栅，通过调节DFB激光器的注入电流和工作温度来引入波长偏移，保证两个激光器的波长有一定的偏差，使主激光器的第k阶调制边带与从激光器满足注入锁定的条件，又实现高性能、低成本的集成器件。

4.根据权利要求1所述利用光外差法产生高频微波的集成光电子器件，其特征在于，所述主、从两个激光器的两端各用一个多模干涉器进行耦合，其中一端的多模干涉器的作用是将主激光器的调制边带注入从激光器，另一端的多模干涉器的作用是将主激光器和从激光器的光耦合在一起进行输出。

5.根据权利要求1所述利用光外差法产生高频微波的集成光电子器件，其特征在于，所述主激光器和从激光器的输出端采用抗反镀膜，抗反镀膜后的端面反射率范围在10^-4到10％之间，可以减小输出端的端面反射率对注入锁定的影响以及提高集成器件的输出功率。

6.根据权利要求1所述利用光外差法产生高频微波的集成光电子器件，其特征在于，所述集成器件包括下述三种结构：

1)一种单端多模干涉器MMI耦合式光生微波集成器件，器件的外延结构依次是：N型衬底和下包层(9)、下波导层(10)、多量子阱有源层(11)、光栅层(12)、上波导层(13)、上包层(14)、欧姆接触层(16)，在N型衬底(9)和欧姆接触层(16)上分别镀有N型电极(8)和P型电极(17)；该器件集成了两个DFB激光器和一个多模干涉器，其中，两个DFB激光器分别是主激光器(20)和从激光器(21)，它们平行放置，采用脊波导结构(18)，脊波导两侧用SiO2绝缘层(15)填平；主激光器(20)和从激光器(21)的一端与MMI(19)相连，利用MMI实现主激光器(20)向从激光器(21)的注入，同时将两个激光器的光耦合在一起输出，主激光器(20)、从激光器(21)与MMI(19)之间有一段电隔离段(22)，该段没有欧姆接触层(16)，用以实现各器件之间的电隔离；

2)一种双端多模干涉器MMI耦合式光生微波集成器件，该器件的外延结构与1)单端多模干涉器耦合式光生微波集成器件相同，其差别是该器件集成了两个DFB激光器和两个MMI，其中，两个DFB激光器分别是主激光器(20)和从激光器(21)，它们平行放置，采用脊波导结构(18)，脊波导两侧用SiO₂绝缘层(15)填平；主激光器(20)和从激光器(21)的两端均与MMI相连，其中MMI(19a)实现主激光器(20)向从激光器(21)的注入，该MMI的输出端面有高反镀膜；MMI(19b)将两个激光器的光耦合在一起输出，该MMI(19b)的输出端面有抗反镀膜，主激光器(20)、从激光器(21)与MMI(19a)和MMI(19b)之间各有一段电隔离段(22)，该两段中没有欧姆接触层(16)，用以实现各器件之间的电隔离；

3)一种微环耦合式光生微波集成器件，该器件的外延结构与1)单端多模干涉器耦合式光生微波集成器件相同，其差别是该器件集成了两个DFB激光器、一个MMI和一个微环；其中微环(23)放置在主激光器(20)和从激光器(21)之间，利用微环实现主激光器(20)向从激光器(21)的注入；主激光器(20)和从激光器(21)的一端与MMI(19)相连，该MMI(19)的输出端面有抗反镀膜，可以将两个激光器的光耦合在一起输出，主激光器(20)、从激光器(21)与MMI(19)之间有一段电隔离段(22)，该段没有欧姆接触层(16)，用以实现各器件之间的电隔离。