[实用新型]一种低成本、高成品率的短腔分布反馈激光器

说明书

技术领域

本发明属于半导体激光器技术领域。

背景技术

随着大容量超高速光纤通信技术的发展以及数据中心的更新换代，高直调制速率的半导体激光器成长为光纤通信系统和下一代光网络的关键器件之一。在密集波分复用(DWDM)系统中，25Gb/s的高速直调制激光器可用于构成100Gb/s的下一代以太网的发射机。在局域网的发展中，25GHz调制带宽的高速直调制激光器则是实现40Gb/s光纤通信的关键器件，其中分布反馈(Distributed Feedback,DFB)激光器由于其高功率和单纵模特性好而受到国内外的广泛关注和研究。

目前分布反馈激光器有多种实现方案，其中最主要的方案有两种：一种是相移分布反馈激光器(Utaka K.,Akiba S.,Sakai K.,et al.,λ/4-shifted InGaAsP/InP DFB lasers[J].Quantum Electronics,IEEE Journal of,1986,22(7):1042-1051.)；另一种是均匀光栅，两端面分别镀高反膜和增透膜的分布反馈激光器(Razeghi M.,Blondeau R.,Krakowski M.,et al.Low-threshold distributed feedback lasers fabricated on material grown completely by LP-MOCVD[J].Quantum Electronics,IEEE Journal of,1985,21(6):507-511.)。

传统的相移分布反馈激光器都是两端都需要镀增透膜，这样整个激光器的反馈来自于光栅。因为两个端面现在不提供有效的反馈，导致端面解理面位置相对于光栅的不确定性的影响被消除了。由于采用了传统的相移，光栅的反射峰值波长即光栅的布拉格波长，同时也是激光器腔的谐振波长，同时也将是激光器的激射波长。由于两端镀了增透膜，所以激光器的输出在两个端面是等功率的，但通常只有一端的输出能耦合到光纤中成为外界可用的功率输出。这意味着激光器的输出功率损失了一半。

目前，减少激光器腔长是提高直调激光器的调制带宽最有效方法。比如说为实现30GHz以上的调制带宽，激光器的腔长需要减小到200微米以下。如果腔长减小到200微米或更短以后，传统的两端面镀增透膜的λ/4相移分布反馈激光器的阈值增益就会变得非常高，同时会增加解理、镀膜的工艺难度，激光器性能就会变差。如果采用一端镀高反膜、另一端镀增透膜的方法把阈值增益降低，在腔长为150微米的情况下可以实现超过30GHz的带宽(Kobayashi W.,Tadokoro T.,Ito T.,et al.,High-speed operation at 50Gb/s and 60-km SMF transmission with 1.3-μm InGaAlAs-based DML[C]//Semiconductor Laser Conference(ISLC),2012 23rd IEEE International.IEEE,2012:50-51.)，但激光器的边模抑制比和成品率就会大大降低，也就是说传统的相移分布反馈激光器的一些优势比如说高边模抑制比、高成品率、以及激射波长精确可控的优点就都消失了。

为解决上面的困境，一种比较好的解决方案是在传统相移分布反馈激光器的两端集成无源的分布布拉格反射区(如，Simoyama T.,Matsuda M.,Okumura S.,et al.,50-Gbps direct modulation using 1.3-μm AlGaInAs MQW distribute-reflector lasers[C]//European Conference and Exhibition on Optical Communication.Optical Society of America,2012:P2.11.)。这两个反射区增强了整个激光器谐振腔的反馈因而能降低阈值增益，同时这两个反射区的反射也是基于光栅，其反射相位是可以通过无源波导区的材料生长以及后期的制作工艺精确控制的，所以不会降低激光器的边模抑制比与成品率，所以λ/4相移分布反馈激光器的优点仍然能够保留。但这样制作工艺变得非常复杂，主要是两端无源波导的集成需要对接再生长技术，其技术难度大，工艺复杂。