[发明专利]单片集成耦合腔窄线宽半导体激光器

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域，特别涉及一种单片集成耦合腔窄线宽半导体激光器。

背景技术

光纤通信技术在整个基础网络的建设中得到广泛而普遍的应用，处于无可替代的主导地位。信息传送网络的“光纤化”正在逐步由计划走向现实。可以说，如果没有光纤通信作为支撑，就不会有现在的互联网和通信网。随着单通道传输速率的提高和密集波分复用(DWDM)技术的推广应用，光纤通信在进一步追求高速大容量干线传输的同时，逐步向以智能化、集成化、低成本和高可靠性为特征，以城域网、接入网(FTTH)和智能光网络为发展重点的新一代光纤通信网络演进。在这个发展过程中，新一代通信光电子器件发挥着至关重要的作用。

半导体激光器作为光纤通信系统中的关键器件，具有其它激光器无法比拟的优点，它是直接的电-光转换器件，转换效率很高，所覆盖的波段范围广，具有直接调制的能力，使用寿命长、体积小、重量轻、价格便宜。但它很宽的谱线宽度以及不稳定的工作状态，又使其很难直接应用于可实现高精度测量的干涉技术中。

目前常见的窄线宽半导体激光器采用外腔反馈技术压窄线宽，但是由于外部反馈光栅容易受外界环境温度、振动的影响，引起激光器频率的变化。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种单片集成耦合腔窄线宽半导体激光器，以实现频率的稳定性。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种单片集成耦合腔窄线宽半导体激光器，该半导体激光器包括：一基底1；一缓冲层2，形成于该基底1之上；一下限制层3，形成于该缓冲层2之上；一多量子阱有源层4，形成于该下限制层3的左端之上；一波导层5，形成于该下限制层3的右端之上；一相移光栅层6，形成于该多量子阱有源层4之上，与该多量子阱有源层4构成有源叠层；一均匀布拉格光栅层12，形成于该波导层5之上，与该波导层5构成无源叠层，且在该无源叠层与该有源叠层之间形成对接区；一上限制层7，形成于该有源叠层、该对接区及该无源叠层之上；一刻蚀阻止层8，形成于该上限制层7之上；一欧姆接触层9，形成于该刻蚀阻止层8的左端之上；一P电极层10，形成于该欧姆接触层9之上；以及一N电极层11，形成于该基底1的背面。

上述方案中，所述多量子阱有源层4、相移光栅层6和上限制层7构成该单片集成耦合腔窄线宽半导体激光器的有源区。所述多量子阱有源层4、相移光栅层6和上限制层7构成的该有源区形成一DFB激光器。所述DFB激光器能够被替换为半导体光放大器(SOA)。所述有源区的长度占器件总长度的10％-20％。

上述方案中，所述相移光栅层6采用λ/4相移结构、两个λ/8相移结构、光栅周期调制(CPM)结构或非对称相移光栅结构，从而达到单纵模激光输出。

上述方案中，所述波导层5、均匀布拉格光栅层12和上限制层7构成该单片集成耦合腔窄线宽半导体激光器的无源区。所述无源区的长度占器件总长度的40％-50％，所述对接区的长度占器件总长度的30％-50％。

上述方案中，所述相移光栅层6左端镀有高反膜。所述布拉格光栅12右侧镀有高透膜。

所述相移光栅层6或所述布拉格光栅12采用纳米压印、电子束曝光或全息曝光的方法制作而成，二者的光栅周期相同。该单片集成耦合腔窄线宽半导体激光器的激射波长与所述相移光栅层6和所述布拉格光栅12的光栅周期有关，通过同时改变相移光栅层6和布拉格光栅12的光栅周期能够改变该单片集成耦合腔窄线宽半导体激光器的激射波长。

上述方案中，所述多量子阱有源层4和所述波导层5采用的材料相同。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种单片集成耦合腔窄线宽半导体激光器，在同一基片上的左端刻蚀相移光栅产生DFB激光器，右端刻蚀与相移光栅周期相同的均匀布拉格光栅，并且在DFB激光器的左侧镀反射膜，在布拉格光栅右侧镀有高透膜，反射腔面与光栅形成分布布拉格反射(DBR)结构的谐振腔。DFB激光器与DBR激光器利用游标效应，实现互注入，在压窄线宽的同时，对激光波长进行互注入锁定，避免了传统的利用外腔压窄线宽结构的跳模危险，实现频率的稳定性。

2、本发明提供的这种单片集成的耦合腔窄线宽半导体激光器，采用单片集成的方案是为了完善器件的功能、提高器件的性能、减少器件的体积、降低器件的功耗，从而显著地降低了器件的成本，提高了器件的可靠性。

附图说明