[发明专利]基于随机分布布拉格反射光栅的InP基单片集成混沌半导体激光器芯片

说明书

本发明涉及集成混沌激光器，具体是基于随机分布布拉格反射光栅的InP基单片集成混沌半导体激光器芯片。本发明有效解决了现有混沌激光源体积大，混沌信号带有时延特征、带宽窄的问题。基于随机分布布拉格反射光栅的InP基单片集成混沌半导体激光器芯片由：左分布式反馈半导体激光器，双向放大的半导体光放大器SOA，随机分布布拉格反射光栅部分，右分布式反馈半导体激光器四部分组成。具体包括：N⁺电极层，N型衬底，InGaAsP下限制层，无掺杂InGaAsP多量子阱有源区层，随机分布布拉格反射光栅层，分布反馈Bragg光栅，InGaAsP上限制层，P型重掺杂InP盖层，P型重掺杂InGaAs接触层，P⁺电极层，出光口，隔离沟。

技术领域

本发明涉及集成混沌激光器，具体是基于随机分布布拉格反射光栅的InP基单片集成混沌半导体激光器芯片。

背景技术

近年来，混沌激光是光通信产业的热门话题之一，混沌激光在保密通信、混沌激光雷达、高速随机数产生、分布式光纤传感以及混沌超宽带脉冲(UWB)信号产生等领域的应用快速发展，显示出重要的应用价值。混沌激光是半导体激光器输出不稳定性的一种特殊形式，目前混沌激光源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具有体积庞大，易受环境影响、输出不稳定的特点。

为了更好地应用混沌激光，国内外的研究者们希望研究出体积小、性能稳定的集成混沌激光器芯片。目前集成混沌激光器芯片的研究已经取得了一些成果，国际上2008年希腊雅典大学Argyris等人研制了单片集成混沌半导体激光器芯片（Argyris A, HamacherM, Chlouverakis K E, et al. Photonic integrated device for chaos applicationsin communications[J]. Physical review letters, 2008, 100(19): 194101.），2010年12月，意大利帕维亚大学Annovazzi-Lodi等人、西班牙巴利阿里群岛大学Mirasso等人和德国海因里希-赫兹研究院弗劳恩霍夫电信研究所Hamacher研制了带有空气隙的双反馈光子集成混沌半导体激光器（Tronciu V Z, Mirasso C R, Colet P, et al. Chaosgeneration and synchronization using an integrated source with an air gap[J].IEEE Journal of Quantum Electronics, 2010, 46(12): 1840-1846.），2011年日本NTT公司Sunada等人和琦玉大学Uchida联合研制了基于无源环形波导光反馈结构的新型混沌半导体激光器芯片（Harayama T, Sunada S, Yoshimura K, et al. Fastnondeterministic random-bit generation using on-chip chaos lasers[J].Physical Review A, 2011, 83(3): 031803.），2017年日本埼玉大学Andreas KarsaklianDal Bosco等人、早稻田大学Takahisa Harayama和NTT公司的Masanobu Inubushi研制出一种短腔光子集成电路（Dal Bosco A K, Ohara S, Sato N, et al. Dynamics versusfeedback delay time in photonic integrated circuits: Mapping the short cavityregime[J]. IEEE Photonics Journal, 2017, 9(2): 1-12.）；国内，2013年西南大学夏光琼课题组与中科院半导体材料科学重点实验室合作研制了单片集成半导体激光器芯片用于产生混沌激光（Wu J G, Zhao L J, Wu Z M, et al. Direct generation ofbroadband chaos by a monolithic integrated semiconductor laser chip[J].Optics express, 2013, 21(20): 23358-23364.）。目前，所研制出的单片集成混沌激光器芯片产生混沌激光的方式均采用了时延光反馈结构。值得注意的是，目前所制作出的混沌激光器，无论是单反馈腔和多反馈腔其反馈腔长都是固定值。固定的反馈腔长使产生的混沌信号携带时延特征信号，也即是说使混沌信号带有周期，这对混沌激光在保密通信、高速随机数产生等领域的应用是非常不利的。