[发明专利]一种基于随机光栅反馈的单片集成混沌激光器芯片

说明书

一种基于随机光栅反馈的单片集成混沌激光器芯片，包括：衬底；下限制层，其制作在衬底上；有源层，其制作在下限制层上；上限制层，其制作在有源层上；波导层，其纵向制作在上限制层上面的中间；P⁺电极层，其是用隔离沟将其分为两段，制作在波导层上；N⁺电极层，其制作在下限制层的背面；其中，分为两段的P⁺电极层分别对应于DFB激光器区和随机反馈区；所述的DFB激光器区为整个芯片提供输出光和反馈光，其对应的上限制层部分制作有分布反馈Bragg光栅层；所述的随机反馈区对所述DFB激光器区发出的光进行随机多反馈，该随机反馈区对应的有源层部分制作有随机反馈光栅。本发明采用随机光栅反馈结构产生混沌激光，彻底消除了单腔光反馈混沌激光器的时延特性。

技术领域

本发明涉及半导体光电子领域，特别是涉及一种基于随机光栅反馈的单片集成混沌激光器芯片。

背景技术

混沌激光作为激光器的一种特殊输出形式，具有随机、宽频谱等特性。研究表明，混沌激光已在混沌保密光通信、高速随机数秘钥生成、抗干扰的激光雷达、光纤网络故障检测、分布式光纤传感等领域显示出其重要的应用价值。

而目前产生混沌激光的方法，大多都是在实验室利用半导体激光器加上各种外部分立光学元件搭建而成的，体积较大、成本高、布局复杂、易受环境影响、输出不稳定。随着新型微纳光子器件研究的进展和半导体制备工艺的不断提高，光子器件集成技术已经逐步应用到现行光通信系统中，并成为基于全光信号处理的高速光通信未来发展的必然趋势。因此，基于光子集成技术的混沌光子集成光源对于混沌激光的应用具有重要的实用价值。

2008年，A. Argyris 等人提出了一个新型的单片光子集成芯片（A. Argyris et al., “Photonic integrated device for chaos applications in communications,”Physical Review Letters, 100(19):194101, 2008.），该芯片由DFB激光器区、增益吸收区、相区、和末端镀有高反膜的无源波导组成。其中，无源波导末端所镀的高反膜为DFB芯片提供单腔反馈，增益吸收区和相区可以分别调控反馈光的强度和相位，从而产生混沌信号。

2010年，V. Z. Tronciu等人提出了带有空气隙的多反馈单片光子集成混沌半导体激光器芯片（V. Tronciu et al., “Chaos generation and synchronization usingan integrated source with an air gap,” IEEE Journal of Quantum Electronics,46(12):1840-1846, 2010.），包括一个DFB激光器区、两个相区、一个空气隙，以及无源波导部分。其中，空气隙的两面以及镀有高反射膜的面对DFB激光器区形成三腔反馈，相区可以控制反馈相位。

2013年，吴加贵等人研制了一个三段式的单片集成半导体激光器芯片用于产生混沌激光（J. G. Wu et al., “Direct generation of broadband chaos by a monolithicintegrated semiconductor laser chip,” Optics Express, 21(20): 23358-23364,2013.）。该芯片包含DFB区、相位控制区、放大区，并在一端端面镀高反射膜以形成单腔反馈。通过放大区控制反馈光强和相位控制区控制反馈相位实现混沌光输出。