[发明专利]非对称结构相移光栅及DFB半导体激光器

说明书

技术领域

本申请属于半导体激光器技术领域，具体涉及一种非对称结构相移光栅及DFB半导体激光器。

背景技术

分布反馈(DFB)半导体激光器，已经成为光通信网络中必不可少的光源，在DWDM和CWDM等各种波分复用系统中发挥着重要的作用。

DFB半导体激光器的光反馈由集成在激光器中的布拉格光栅提供，光栅多制作在波导层中，沿腔长方向的折射率有周期性的变化。布拉格光栅对于激光器腔内不同模式有不同的反射率，通常对布拉格波长附近一段区域内的反射率高，远离布拉格波长的范围内的反射率低。因此对于激光器腔内存在的不同模式，其损耗包括内部损耗和端面损耗等。与光栅周期对应的布拉格波长有最低的损耗，根据激光器激射时的增益阈值条件，布拉格波长对应的模式达到激射的阈值增益也就最低，因此在注入电流达到激光器的阈值电流时布拉格模式会首先激射。这样，布拉格光栅起到了很好的选频作用，布拉格光栅可以看作一个窄带的滤波器。

在传统基于布拉格光栅的DFB半导体激光器中，在相同外部注入电流的情况下，需要尽可能地获得较大的有效光功率，提高对注入电流的利用率。为了增大DFB半导体激光器的有效输出光功率，通常将非对称结构引入相移光栅DFB半导体激光器中，常见的非对称结构有：

1)两个出光端面的反射率大小不对称，即在激光器一端面上镀高反射膜(HR)，另一个端面上镀抗反射膜(AR)的方式来实现两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；

2)将光栅相移偏离激光器中心位置，偏向激光器输出端。

对于结构一，如果激光器是分立器件，是可以在激光器一端面镀上高反射膜(HR)，另一个端面镀上抗反射膜(AR)的方式来分配激光器两个端面的输出激光功率。但高反射膜会带来随机相位的影响，导致激光器跳模。随机相位对激光器产生的负面影响无法控制，目前尚未找到有效解决随机相位影响的方法。另外，对于未来光子集成芯片，即各种光子器件通过选择区域外延生长技术或对接生长技术集成在一起的芯片，无法通过镀膜的方法实现DFB激光器两端面激光的非对称输出。对于结构二，相移偏离中心位置偏向激光输出端，虽能提高输出端的光功率，但相移偏离中心会加剧空间烧孔效应的影响，降低单模成品率。

发明内容

本申请一实施例提供一种非对称结构相移光栅，所述相移光栅包括位于相移光栅中心位置的相移结构及位于相移结构两侧的第一光栅和第二光栅，所述第一光栅和第二光栅的长度相同、刻蚀深度相同且光栅周期相等，第一光栅的占空比恒定不变，第二光栅包括切趾段光栅，切趾段光栅的占空比沿光栅轴向逐渐变化，第一光栅和第二光栅的折射率调制强度不相等。

一实施例中，所述相移结构的相移量为0、λ/4、λ/8、或λ，λ为相移光栅的输出波长。

一实施例中，所述第二光栅全部或部分为切趾段光栅。

一实施例中，所述第一光栅的占空比为一恒定值a，0<a<1.0，其中：

当第一光栅的占空比为一恒定值a，0<a<0.5时，所述切趾段光栅的占空比沿光栅轴向由a逐渐减小到0；

当第一光栅的占空比为一恒定值a，a＝0.5时，所述切趾段光栅的占空比沿光栅轴向由0.5逐渐减小到0或由0.5逐渐增大到1.0；

当第一光栅的占空比为一恒定值a，0.5<a<1时，所述切趾段光栅的占空比 沿光栅轴向由a逐渐增大到1.0。

本申请另一实施例还提供一种DFB半导体激光器，所述DFB半导体激光器包括DFB激光腔及位于DFB激光腔上方和下方的若干外延层，DFB激光腔包括依次设置的光栅刻蚀阻止层、相移光栅、光栅覆盖层，所述相移光栅包括位于相移光栅中心位置的相移结构及位于相移结构两侧的第一光栅和第二光栅，所述第一光栅和第二光栅的长度相同、刻蚀深度相同且光栅周期相等，第一光栅的占空比恒定不变，第二光栅包括切趾段光栅，切趾段光栅的占空比沿光栅轴向逐渐变化，DFB半导体激光器两端面的输出功率不相等。

一实施例中，所述相移结构的相移量为0、λ/4、λ/8、或λ，λ为相移光栅的输出波长。

一实施例中，所述第二光栅全部或部分为切趾段光栅。

一实施例中，所述第一光栅的占空比为一恒定值a，0<a<1.0，其中：

当第一光栅的占空比为一恒定值a，0<a<0.5时，所述切趾段光栅的占空比沿光栅轴向由a逐渐减小到0；