[发明专利]基于重构-等效啁啾的非对称相移和等效切趾取样光栅及其DFB激光器

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域，涉及含有相移的分布反馈(DFB)激光器，涉及光通信、光子集成、光电传感及其他光电信息领域的应用器件。

背景技术

高功率、单纵模、窄线宽的分布反馈式(DFB)半导体激光器是现代光纤通信技术的核心光源。为了提高DFB半导体激光器的单纵模成品率，在激光器腔的中心位置引入λ/4相移，但是是λ/4相移结构使激光器的光场分布在腔的中心位置不连续，并在中心位置出现尖峰，中心部位光场的高度集中导致此处的载流子大量消耗，从而出现空间烧孔效应。空间烧孔效应改变了谐振腔内光反馈的强度和相位，引起增益谱的起伏波动，会导致对边摸抑制作用的减弱，光功率曲线呈现非线性，不能保证单纵模工作，线宽难以做得更窄。

无论是DFB半导体激光器还是DFB光纤光栅激光器，都希望在泵浦功率相同的情况下，尽可能获得较高的有效输出光功率，提高对泵浦功率的利用率，节约能源。为了增大激光器端面输出的激光功率，通常将不对称结构引入到λ/4相移激光器中。常见的不对称结构有：1)λ/4相移的位置偏离DFB激光器中心，如IEEE Journal of Quantum Electronics23(6):815-821,非对称λ/4相移InGaAsP/InP分布反馈式激光器，提出将λ/4相移偏离中心位置±10％，实现增大激光器端面有效输出光功率的目的；2)λ/4相移左右两段的耦合系数不相等，3)两出光端面的反射率大小不对称，通常采用在激光器其中一端面镀上高反膜(HR)，另一端面上镀增透膜(AR)的方式来实现端面反射率的不对称，达到改变DFB半导体激光器两端面的输出功率之比的目的。

虽然这些结构都有效地改善了激光器的性能，但是由于光栅结构相当复杂，实际制作其起来比较困难且制作工艺复杂、效率较低，例如使用电子束曝光技术(E-Beam lithography)，高昂的制造成本限制了这些激光器的大规模应用。文献[1]和专利“基于重构-等效啁啾技术制备半导体激光器的方法及装置”(CN200610038728.9，国际PCT专利，申请号(PCT/CN2007/000601)在该问题的解决上走出了关键的一步。文中提出，利用一种光纤布拉格光栅的设计技术—重构-等效啁啾技术来设计DFB半导体激光器。重构-等效啁啾技术最早被应用于光纤光栅的设计，可追溯到2002年冯佳、陈向飞等人在中国发明专利“用于补偿色散和偏振模色散的具有新取样结构的布拉格光栅”(CN02103383.8，授权公告号:CN1201513)中提出的通过引入取样布拉格光栅的取样周期啁啾(CSP)来获得所需要的等效光栅周期啁啾(CGP)的方法。提出等效啁啾最早的文献可参考Xiangfei Chen et.al，“Analytical expression of sampled Bragg gratings with chirp in thesampling period and its application in dispersion management design in a WDM system”(带有取样周期啁啾的取样布拉格光栅的分析表达式和它在波分复用系统色散管理中的应用)，IEEE Photonics Technology Letters，12，pp.1013-1015，2000。该技术的最大的优点是，种子光栅的周期和折射率调制不变，改变的仅仅是取样结构。通过改变取样结构，任意大小的相移啁啾，能够等效地引入到周期结构对应的子光栅(某一个信道)中，得到我们所需要的任意目标反射谱。由于取样周期一般几个微米，所以该方法利用亚微米精度实现了纳米精度的制造。更重要的是，该技术可以与当前的电子集成(IC)印刷技术相兼容。

文献[4]给出了基于该技术的λ/4等效相移DFB半导体激光器的实验验证。由于这种技术设计的激光器改变的仅仅是取样结构，所以利用全息曝光技术和振幅掩膜版就能实现低成本的规模化生产。李静思，贾凌慧，陈向飞在中国发明专利“单片集成半导体激光器阵列的制造方法及装置”(申请号：200810156592.0)中，指出了依据该技术可以在同一个晶片上，通过改变取样周期而改变不同激光器的激射波长，这给低成本单片集成高性能DFB半导体激光器阵列的制造带来了新的曙光。