[发明专利]一种反馈式半导体激光器的调控装置

说明书

本发明公开了一种反馈式半导体激光器的调控装置，属于半导体器件领域，包括：器件区和电流反馈补偿区，器件区包括分布反馈激光器区、无源反馈区和有源反馈区，分布反馈激光器区的有源层为多量子阱结构；无源反馈区通过电光效应来调控反馈相位；有源反馈区能对信号光产生增益，补偿无源反馈区引入的损耗；激光器自身的驰豫振荡频率和反馈引入的光子光子谐振频率是激光器小信号频率响应的两个峰值。当半导体器件的温度高于初始温度时，电流反馈补偿区用于改变注入两个反馈区的电流以改变PPR频率的位置，从而对驰豫振荡频率降低进行补偿，使器件的调制带宽保持在较高值，因为无需为器件额外设置制冷装置，器件能耗较低，运行成本降低。

技术领域

本发明属于半导体激光器件领域，更具体地，涉及一种反馈式半导体激光器的调控装置。

背景技术

直接调制半导体激光器具有成本低、体积小、可批量生产等优势，在低成本光纤通信应用中已经得到广泛应用。随着对数据传输速率的要求越来越大，在数据中心的巨大需求下，高速分布反馈半导体激光器已经成为了核心光源。然而分布反馈激光器的调制带宽受到激光寄生常数、阻尼及驰豫振荡频率的限制，且调制输出的光信号伴随有频率啁啾等现象。同时，随着温度升高，由于俄歇复合的增加，激光器的阈值电流迅速增大，且激光器的微分增益迅速下降，使得激光器的驰豫振荡频率下降，进而限制了激光器的调制带宽。如何提高半导体激光器的调制带宽，更重要的改善其高温特性，是半导体激光器件面临的重要技术挑战。

为了提高半导体激光器调制带宽，通常采取的优化措施包括：减小器件阻抗以减小激光寄生常数，优化量子阱结构以提高激光器微分增益，采用掩埋异质结结构以减小有源区宽度等；比较新颖的优化措施包括：利用失谐加载效应使得激射波长与反射峰值波长不一致提高微分增益，利用光子光子谐振(PPR)效应，通过引入光反馈使主模和边模产生竞争，加快消耗载流子以提高小信号频率响应，此时引入的PPR频率为主模与边模的频率差。为了优化半导体激光器的高温特性，通常采取的优化措施包括：采用温度特性好、微分增益高的AlGaInAs材料，而且通常需要额外的温度补偿电路，结构复杂，功耗大。

当利用PPR效应改善激光器在常温下的调制带宽时，若激光器工作温度升高，由于驰豫振荡频率的降低，与PPR频率的间隔变大，在两个频率之间的某个频率的响应会提前达到-3dB，导致激光器的调制带宽大幅减小。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种反馈式半导体激光器的调控装置，其目的在于通过电流反馈补偿区改变向器件区中无源反馈区和有源反馈区施加的电流，使得PPR频率相应减小，补偿温度升高对器件阈值电流和微分增益的影响，从而保证激光器的高带宽，实现宽工作温度范围、高调制带宽的半导体激光器件，并且不需要设置额外的制冷装置，减小了功耗。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种反馈式半导体激光器的调控装置，包括器件区和电流反馈补偿区，器件区从左到右包括分布反馈激光器区、无源反馈区及有源反馈区；半导体激光器的小信号频率响应有两个峰值，分别为半导体激光器自身参数决定的驰豫振荡频率和由反馈引入的PPR频率，器件区产生的背面输出光经过电流反馈补偿区得到小信号频率响应，电流反馈补偿区根据小信号频率响应结果对注入无源反馈区的电流I_P及注入有源反馈区的电流I_A进行补偿，改变器件区产生的反馈光的反馈相位和反馈强度进而影响PPR频率，从而调控半导体激光器的带宽；

分布反馈激光器区包括第一电极、有源层、选模光栅；选模光栅位于有源层上方，第一电极位于分布反馈激光器区的上方；第一电极用于实现载流子注入；有源层为多量子阱结构，用于为分布反馈激光器区提供增益，分布反馈激光器区在注入载流子的作用下，有源层内的电子、空穴复合，辐射出光子，形成光场；选模光栅具有周期性变化的折射率，用于实现模式选择；

无源反馈区包括第二电极及第一体材料区；第一体材料区位于和有源层一样的高度，第二电极位于无源反馈区最上方，用于实现电流注入，改变第一体材料的折射率；第一体材料区用于对主模和边模引入相位差；无源反馈区用于影响反馈光的反馈相位；