[发明专利]基于重构—等效啁啾的快速可调谐半导体激光器及制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于光电子技术领域，与分布反馈(DFB)半导体激光器有关，尤其涉及复杂分布反馈可调谐半导体激光器的设计和制作，更具体而言，是基于重构—等效啁啾技术的低成本快速可调谐DFB半导体激光器的方法及装置。

二、背景技术

现代光通信系统是以波分复用(WDM)技术为基础的，而WDM技术本身是从波长的角度来定义的，于是波长本身就成为光通信系统中最重要的资源之一。开发可利用的波长信道资源和如何提高这些波长信道的利用效率就成为了人们研究的热点问题。可调谐激光器(TL：Tunable Laser)的研究已经持续近30年，作为新一代密集波分复用(DWDM)系统以及光网络中光子交换的关键光电子器件，可调谐激光器的运用将使得光纤传输系统容量大大增加，灵活性和可扩展性大大增强。

另一方面，随着光通信技术的不断发展，其智能性也将获得比较大的关注，智能化的光网络技术需要可调谐激光器，以实现灵活的波长路由。如果使用多个固定波长激光器和相应的多个调制器，对于器件的可靠性和性能都会产生很大的影响，并且会增加功耗，尺寸，质量和成本。因此，需要用一个精密快速波长扫描激光器，以大幅度地简化复杂光网络的架构，并消除不同波长信道之间的光串扰，取代固定波长激光器。

可调谐激光器应用广泛，可以应用的领域很广。在光交换领域，不仅要求实现波长精确的调谐，还需要极快的调谐速度，理想情况下需要<10纳秒的信道-信道的转换速度，一般情况下也需要<1微秒的信道-信道的转换速度，调谐范围要求覆盖整个波段。

可调谐激光器有很多实现方案，目前主要有三种方案来实现波长的可调谐：外腔结构、采样布拉格反射(SGDBR)激光器以及基于分布反馈激光器(DFB)阵列的结构，这些设计的激光器都能达到40nm的调谐范围，从而满足DWDM系统的要求，但是这三种结构各有优缺点。

基于外腔结构的激光器是一种采用混合集成的方式，通过外部光学元件(比如微机电系统MEMS)的机械运动来选择相应的波长，这种方式可以在较宽的波长范围内连续的对波长进行调谐，具有较高的输出功率，并且可以获得较窄的线宽。但是由于尺寸一般在几百微米的数量级，所以对这些光学元件及机械系统的制作有非常高的要求，同时混合集成的封装方式也比较复杂，从而大大的增加了成本。由于此类型可调谐激光器采用外腔结构，所以调谐速度无法实现微秒、纳秒级别的快速可调谐。基于外腔结构的可调谐激光器可参见Intel的研究成果[1-2]。

目前商用化比较成功的单片集成可调谐激光器是基于采样的布拉格反射(distributed Bragg reflection，DBR)的可调谐半导体激光器方案，对这种类型的激光器的研究也比较广泛。它是利用两个采样的布拉格反射光栅之间的游标效应来实现大范围的波长调谐的，相对于外腔结构，这种方案是单片集成的，不需要外部的机械结构，从而封装和调节相对简单。但是这种方案对半导体工艺要求比较高，需要有源无源集成的工艺，从而增加了工艺的复杂度，降低了成品率，由于其较高的工艺要求及较低的成品率，使得价格一直居高不下。这种类型的可调谐激光器中电调谐折射率的调谐速度能够达到纳秒数量级，调谐范围也比较宽，但是由于调谐过程中伴随的热效应稳定速度比较慢，从而导致激光器的波长和模式稳定的速度也比较慢，所以实际调谐速度在毫秒数量级、不满足微秒、纳秒级快速可调谐激光器的要求。基于分布布拉格反射结构的可调谐激光器可参见JDSU的SG-DBR结构[3]、Oclaro的DS-DBR结构[4]以及Syntune的MGY结构[5]。