[发明专利]一种具有高单模成品率的渐变脊波导分布反馈激光器

说明书

技术领域

本发明属于激光器领域，更具体地，涉及一种高单模成品率的分布反馈激光器。

背景技术

随着光通信技术的日益快速地发展，目前对半导体激光器的需求日益增加。由于分布式反馈半导体激光器(DFB-LD)能在更宽的工作温度和工作电流范围内抑制模式跳变，保证单纵模输出，因此普遍的应用于光通信领域中。

一般的DFB半导体激光器采用均匀光栅，其反馈方式主要是利用光栅中的折射率周期性变化产生的，即折射率耦合(Index-Coupling)。在端面反射率为0的理想情况下，这种激光器存在两个简并的纵模，这两个纵模对称分布在布拉格波长两边。也就是说，折射率耦合DFB半导体激光器原理上是双模工作的。

实际的DFB半导体激光器中，激光器两端面是存在反射的，由于解理的原因，激光器端面反射的相位具有随机性。在折射率耦合DFB激光器中，由于端面反射和相位的存在，模式简并在一定程度上被消除，因此器件可以实现单纵模工作。但是由于端面反射相位具有随机性，导致激光器单模的成品率低。在实际中一般将激光器一端镀HR膜(即，高反膜)，另一端镀AR膜(即，增透膜)，虽然利用这种方法能使DFB半导体激光器静态工作时的边模抑制比达到30dB，但是在高速调制时，边模抑制比会出现明显的减小。此类均匀光栅DFB激光器的另一主要问题是即便为单模工作，其激射模具有布拉格蓝边波长与红边波长的概率各占一半，当需要精确指定工作波长时，成品率还要再减少一半。

为了达到更好的单模工作效果及单模成品率，可以采用在光栅的中心引入一个四分之一波长(λ/4)相移区的方法[1]。该方法的优点是其模式的阈值增益差大，可以实现激光器在布拉格波长上的单模工作，但是它的光栅制作工艺比较复杂，成本较高，而且由于腔的对称性使其两边光的输出功率为一致，于是在实际使用中因为只有一边的功率可被光纤耦合输出而有一半的光功率被浪费。除此之外，很多方案被提出以解决DFB半导体激光器双模工作的缺点，例如增益耦合DFB-LD、损耗耦合DFB-LD以及二阶光栅DFB-LD。H.Kogelnik首先提出增益耦合和损耗耦合DFB半导体激光器的概念[2]。随后，Y.Nakano[3]报道了单纵模工作的损耗耦合DFB-LD，虽然它的边模抑制比高，抗端面反射影响，但是由于在光栅中引入损耗，所以导致其阈值大。Y.Luo[4]报道出利用MOCVD制作的增益耦合的DFB半导体激光器。G.P.Li[5]报道了部分增益耦合的1.55μm应变层多量子阱DFB半导体激光器，它们具有单模产量高，边模抑制比高，抗端面反射影响等优点，但是由于在光栅制作中要刻蚀到有源区，使得其工艺难度大，容易在有源区引入大量的非辐射复合缺陷，使得激光器性能不稳定，成品率低，寿命短，因此没有被广泛的应用。

上个世纪七八十年代二阶光栅DFB半导体激光器被提出[6－7]。九十年代初，C.M.Wu[8]报道了光通信波段的二阶光栅DFB激光器。二阶光栅DFB-LD虽然能够的实现激光器的单纵模输出，但是二阶光栅衍射效率很低，造成激光器的腔长很长以及阈值很高。

现有的技术文献如下：

[1].Utaka,K.,et al.,λ/4-shifted InGaAsP/InP DFB lasers.Quantum Electronics,IEEE Journal of,1986.22(7):p.1042-1051.

[2].Kogelnik,H.and C.V.Shank,Coupled Wave Theory of Distributed Feedback Lasers.Journal of Applied Physics,1972.43(5):p.2327-2335.

[3].Nakano,Y.,Y.Luo and K.Tada,Facet reflection independent,single longitudinal mode oscillation in a GaAlAs/GaAs distributed feedback laser equipped with a gain‐coupling mechanism.Applied Physics Letters,1989.55(16):p.1606-1608.

[4].Luo,Y.,et al.,Purely gain-coupled distributed feedback semiconductor lasers.Applied Physics Letters,1990.56(17):p.1620-1622.