[发明专利]可调谐半导体激光器的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及可调谐是半导体激光器技术领域，尤其涉及一种基于等效啁啾技术的可调谐半导体激光器的制作方法。

背景技术

可调谐激光器是光通信网络与系统的关键器件。可调谐激光器可以用来组成可调谐发射模块，减少固定激光器的个数，作为主激光器的备份，提高网络的灵活性，提高网络的保护和恢复能力，降低网络成本。可调谐激光器在多波长光标记、光突发交换网络和光网络业务疏导等方面也有很好的应用。此外，使用可调谐激光器可以降低光纤通信系统的网络成本，提高网络传输质量。可调谐激光器在传感测量方面有广泛的市场前景，适用于大气监测、外插传感、光谱测量等领域，可以提高光电检测系统的工作性能和测量精度，提高系统的反应速度和灵敏度，降低系统的成本。

目前，有许多结构不同、工作机理各异的可调谐激光器。其中，布拉格反射镜型的可调谐半导体激光器具有连续调谐范围大、调节速度非常快、采用先有生产工艺等优点，是目前商用化最好的一个品种。除已开发的多电极和梳状电极布拉格反射镜可调谐半导体激光器之外，又开发了几种基于布拉格反射镜结构的宽带可调谐激光器(40信道，50GHz间隔)，主要有基于超结构衍射光栅结构的可调谐半导体激光器(SSG-DBR)、基于取样光栅结构的可调谐半导体激光器(SG-DBR)、基于取样光栅耦合器反射器的可调谐半导体激光器(GCSR)等。他们的连续调谐范围都大于40nm，最大可达100nm。其中，SG-DBR和SSG-DBR很容易与调制器集成，而采用不等间隔啁啾光栅的超结构光栅(SSG-DBR)内腔多电极结构的可调谐半导体激光器，结构简单，可实现100nm以上宽波长调谐。用于100个信道的SG-DBR基宽可调谐激光器已成熟，能发出比市场上出售的激光器更高的功率，并且能发送100个信道中的任意一路。可见，基于布拉格光栅的可调谐半导体激光器是实用性很强，市场前景很好的一种可调谐激光器。

基于布拉格光栅的可调谐半导体激光器的结构一般可以如图1所示，由前反射光栅、增益区、相位区、以及后反射光栅四部分组成。激光器的增益区用来为激光提供增益介质和能量，前、后反射光栅为激光提供反馈，相位区用来调节光程，使激光器满足相位阈值条件。

所设计的反射光栅的反射谱如图2和图3所示，需要具有梳状结构，且前后反射光栅反射谱的反射峰的间距有微小的差别，平移其中一个光栅的反射谱使得它的任意一个反射峰与另一个光栅的任意反射峰重合时，这个光栅的其余反射峰都无法与另一个光栅的反射峰重合。这种结构造成了所谓的游标卡尺效应。

基于布拉格光栅的可调谐半导体激光器实现可调谐的原理是向前后反射光栅区注入电流，使得光栅区内载流子浓度改变；载流子浓度的改变进一步引起光栅区折射率变化，导致反射光栅的反射谱漂移。用电流控制前后反射光栅的反射谱移动，使前后反射光栅有一个反射峰重合。此时，在激光器增益区的增益谱线范围内，重合的反射峰对应的波长在腔内往返一周损耗最小。而其他波长的光由于反射光栅反射谱的游标卡尺效应反射较弱，所以大部分能量都透射出腔外，导致腔内损耗非常大。这样，由于损耗较小，重合的反射峰处的波长可以产生激光，而其他波长处无法产生激光。通过电流调节反射谱的示意如图4(a)-4(b)所示，图4(a)是两个反射光栅都不通电流的情况，这是只有中间1550nm的反射峰对准，其他都错开，所以激射的激光波长为1550nm；图4(b)表示向前反射光栅注入电流1mA而后反射光栅不注入电流时，前反射光栅反射谱移动(实线)，这时对准的反射峰是在1557附近，所以这个波长的光激射产生激光。

基于布拉格光栅的可调谐半导体激光器的关键是设计和制作反射光栅。因为光栅的设计直接决定了激光器的调谐范围、边模抑制比、以及波长变化时的功率抖动等参数。而且，制作光栅的工艺决定了整个激光器的制作成本和成品率。

基于布拉格光栅的可调谐半导体激光器对反射光栅的要求是梳状反射谱的峰值尽可能相等，以保证调节光栅区电流引起反射谱移动时输出光波的功率保持一定而不会发生很大的变化；而且反射峰以外的部分反射率要尽可能低，以使输出激光有较高边模抑制比。这是对所有反射光栅的要求，也是S2中要设计的相位光栅要达到的目的。