[发明专利]基于重构-等效啁啾技术的备份型半导体激光器

说明书

一种基于重构‑等效啁啾技术的备份型半导体激光器，备份型激光器中包含了两个并列的半导体DFB激光器，呈并列分布且距离间隔为15微米至50微米；其中每个激光器都是基于重构‑等效啁啾技术对取样布拉格光栅结构加入等效相移，并且激光器所使用的激射信道是由该取样布拉格光栅的+1级子光栅或‑1级子光栅提供。本发明使得并列的两个激光器中必有一个激光器是处在单模的工作状态，因此可以在不增加工艺成本的基础上，消除一般高反‑低反镀膜激光器单模成品率低的问题。

技术领域

本发明属于光电子技术领域，涉及光纤通讯和光子集成，提出了备份型半导体激光器的结构设计和制作方法，可在不增加制造成本的基础上提高单模成品率。

背景技术

光通信在近几十年发展迅速，也逐渐成为了最主流的信息传输方式，其主要原因有三个：一、光具有极大的带宽，一般有几百个THz远大于传统电磁波信号，因此可以同时传输大量的信息；二、光可以很容易被传导，用来传导光信号的光纤成本损耗都很低，同时抗干扰能力强；三、光的产生和探测得到了极大的发展，都可以在基于半导体的材料中实现，并且较容易制造[1]。而在光源部分，半导体激光器有着体积小、能耗低、可靠性高并且可高速调制等诸多优点，成为了光通信系统中的核心器件。半导体激光器有很多种类，可以按波长和结构分类。如630～680nm的InGaAlP激光器，通讯波段1310nm和1550nm的InGaAsP激光器，远红外的InGaAs/AlAsSb的量子级联激光器。根据有源区结构可以分为量子阱激光器，量子线激光器和量子点激光器，其中通信用的激光器主要为量子阱激光器。对于半导体激光器的谐振腔结构和功能，有法布里-泊罗(F-P)激光器，分布反馈式(DFB)激光器，分布布拉格反射式(DBR)激光器，垂直腔面发射激光器(VCSEL)等[2]。

由于良好的单模特性和优异的波长控制特性，DFB激光器成为了通讯上主流的激光器，其主要结构为在有源区附近增加一段光栅结构形成折射率耦合或者增益耦合，从而实现波长选择。其中折射率耦合是指光栅结构刻制在有源区旁，对激射后产生的光进行波长选择性的反馈；而增益耦合是指将光栅结构刻制在有源区，造成有源区的增益周期性变化，进而形成增益耦合。对于增益耦合的均匀光栅DFB激光器结构，在光栅的布拉格波长处，它的谐振腔损耗最小，也就意味着一个对应的激射模式，然而增益耦合的DFB激光器制造工艺复杂，制造陈本高且成品率低，同时，由于其原理是通过引入损耗的方法来引起增益变化，所以增益耦合激光器的阈值也相对较高。因此，增益耦合的DFB激光器并没有在实际的光通信系统中广泛应用。而对于均匀光栅的折射率耦合的DFB激光器结构，理论上存在两个波长距离很近的简并激射模，单模成品率很低从而在实际应用中色散过于严重而不合适远距离传输。但采用端面镀膜和加入相移的方法能大幅度地提高单模成品率。其中加入相移的方法可以在光光栅的反射谱中心产生一个缺陷，从而保证该激射的光被严格限制在这个波长位置，可以很好的保证单模的特性，也在产业上得到了很广泛的应用。然而，在光栅中间引入相移的方法也有不足，一方面，由于光栅的周期在250nm左右，相移的引入的尺寸一般在125nm，因此需要十分高精度的加工手段，一般是电子束曝光，该方法的加工成本高，而且效率低；另一方面，由于激光器两端都要进行低反镀膜(反射会影响其单模性质和波长准确性)，从而导致只有一个端面的光可以得到利用而另一端面的光会被浪费，其能量利用率下降。

采用端面镀膜的方法(一端高反，另一端低反)也可以很有效地提高单模成品率，其光栅即为均匀光栅，可以使用全息曝光的方法制造，其工艺流程有着速度快，均匀性好等优点；同时，端面镀膜的方法可以将一端的光发射回来而全部从另一端岀射，成倍地增大了能量的利用率。然而端面镀膜的方法也有一个问题，就是对高反端面光栅相位的高敏感性[3]。端面的光栅相位是光栅的起点位置在一个光栅周期中所在的位置，其中一整个光栅周期被认为是2π的相位。当高反端面的光栅相位为π附近时，该激光器可以获得良好的单模特性，而当该光栅相位为0或者2π附近时，该激光器的单模特性很差。