一种定波长单纵模工作的脊波导分布反馈半导体激光器的制造方法
【专利摘要】本发明提供的一种定波长单纵模工作的脊波导分布反馈半导体激光器，其主体是在单个半导体激光器管芯上构成的双脊条脊波导结构，两脊条平行且具有相同的长度；两脊条之一相对于另一脊条的宽度在靠近所述激光器背向端面一侧局部有所加宽。如此，本发明可实现两个脊条在背向端面处光场反射率相位相差π,从而使得两脊条其中之一在所述激光器的前向端面处总能在布拉格(Bragg)阻带的指定一边的波长激射，因而达到实现定波长单纵模工作之目的，且制作成本较低。
【专利说明】一种定波长单纵模工作的脊波导分布反馈半导体激光器
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光器，特别是一种在布拉格(Bragg)阻带指定一边波长激射的定波长单纵模工作的分布反馈(DFB)半导体激光器。
【背景技术】
[0002]在过去的几十年里，互联网及多媒体应用的飞速发展使得用户对通信带宽的要求与日俱增。基于波长复用的波分复用(Wavelength Multiplexing Method,简称WDM)技术利用不同波长的光载波信号携带不同的传输信息，在发射端经复用后在同一信道中传输，在接收端通过解复用再将不同的光载波分离，经接收机后恢复各通道的原信号。WDM系统中发射端的多波长光源是该系统发射机中必不可少的光源器件。光源中的各个通道在带宽不断增大的驱动下变得越来越密集。例如，ITU-T规定的密集波分复用(DWDM)系统中通道间隔仅为0.Snm的。这就对光源的波长的准确度提出了严格的要求，也即作为光源的激光器需要有确定的激射波长。
[0003]目前实现定波长激射的激光器有折射率耦合型1/4相移光栅DFB结构(参考文献:H.Haus, and C.Shank, IEEE J.0f Quantum Electron., 12 (9), 532-540，1976.)，该结构在Bragg阻带的中心即布拉格波长处存在一个损耗最低的模式，从而实现了定波长即布拉格波长处的单纵模运行。但是其制作工艺复杂，导致成品率很低。此外，该类器件在两端面均要求镀以完美的减反镀膜层以保证器件性能，因而仍存在由无法利用后端面出射光(占总光功率的50% )导致的功率浪费问题。此外，折射率与增益或折射率与损耗混合耦合型光栅结构通过破坏光谱中Bragg波长两侧模式的增益或损耗对称性而抑制一边的对称模式。而根据增益或损耗光栅相对于折射率光栅的同相分布或反向分布，可以确定的选择布拉格阻带红边或蓝边的波长，从而实现定波长单纵模运转(参考文献:Y.Luo etal.，Appl.Phys.Lett.，56，1620-1622，1990.)。尽管对此结构的优秀特性及高成品率有过许多报道，这种激光器却一直未能成为流行产品，通常认为其主要原因是折射率/增益混合耦合型光栅结构的介入会引起器件的可靠性问题。DBR激光器(参考文献:Z.Fan，P.Heim, J.Song, M.Dagenais, et al., Proc.SPIE 3491, 185-188, 1998)利用了无源的 Bragg光栅作为激光器的具有波长选择性的端面反射器以替代FP腔中的镜面反射。Bragg光栅反射最大处的某个FP腔模成为DBR激光器的激射模式，从而也达成在Bragg光栅反射峰值附近定波长单纵模运转条件。然而，DBR结构的缺点在于，其需要无源光栅波导与有源区波导复杂的单片集成对接生长技术，导致成品率和可靠性问题，并且无源光栅区必需具有足够长度以达到要求的边模抑制比，因此器件尺寸较大。目前结构简单、成本低的折射率耦合型均匀光栅DFB激光器通过对两个端面进行非对称镀膜可以破坏两个简并模式的对称性(参考文献:W.Streifer, R.Burnham, and D.Scifres, IEEE J.0f QuantumElectron., 11(4), 154-161，1975.)，实现单纵模工作运转。然而，在实际的器件生产中，由器件端面解理位置的不确定引起的端面随机相位会导致Bragg阻带任一边的模式都有可能激射。因而，在可以实现单纵模激射的器件中，满足确定一边波长激射的器件成品率仅为50%。
[0004]由于通常的折射率耦合型均匀光栅DFB激光器管芯上只有一个脊条，采用均匀光栅并加以端面非对称镀膜后尽管一般可增加单纵模激射的概率，但却无法预先确定单纵模是工作在Bragg阻带哪一边的波长上。从而造成了批量制做时，在满足单纵模激射的激光器中，理论上只有50%成品率的激光器能工作在指定波长上。而其余50%的管芯将工作在间隔至少大于Inm的其它波长上而无法在采用诸如DWDM技术的网络中被使用。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种定波长单纵模工作的脊波导分布反馈半导体激光器，以至少能够以低成本的方案解决目前在光纤通信网络中普遍采用的折射率耦合型均匀光栅DFB激光器无法实现确定波长单纵模激射的问题。该低成本方案可应用于需要定波长激射光源器件的应用场景，如采用DWDM技术的网络。
[0006]本发明解决上述技术问题采用以下的技术方案:
[0007]本发明提供的定波长单纵模工作的脊波导分布反馈半导体激光器，其主体是在单个半导体激光器管芯上具有一种由第一脊条和第二脊条构成的双脊条脊波导结构，两脊条沿Z方向平行，并且沿Z方向均具有相同的长度；两脊条中，其未加宽脊条部分的沿y方向的宽度均相同，第二脊条在靠近其背向端面的一侧存在局部的沿y方向加宽的部分；所述第二脊条的背向端面处的端面光场反射率相对于第一脊条的背向端面处的端面光场反射率存在η相移。所述双脊条中，其一侧端面为背向端面，另一侧端面是前向端面，该前向端面为信号输出端面。
[0008]在单个半导体激光器管芯上形成一种由第一脊条和第二脊条构成的双脊条结构，两脊条均沿z方向平行，并且沿z方向均具有相同的长度；两脊条中，其未加宽脊条部分的沿I方向的宽度均相同，第二脊条在靠近其的背向端面的一侧存在局部的沿I方向加宽的部分。所述激光器的信号输出端面为前向端面，另一侧端面为背向端面。所述激光器的第二脊条的背向端面处的端面光场反射率相对于第一脊条的背向端面处的端面光场反射率存在π相移。
[0009]所述的第二脊条的加宽脊条部分沿ζ方向的长度Lp满足:
【权利要求】
1.一种定波长单纵模工作的脊波导分布反馈半导体激光器，其特征是包括主体，该主体在单个半导体激光器管芯上具有一种由第一脊条(10)和第二脊条(11)构成的双脊条脊波导结构，两脊条沿Z方向平行，并且沿Z方向均具有相同的长度；两脊条中，其未加宽脊条部分的沿y方向的宽度均相同，第二脊条(11)在靠近其背向端面(15)的一侧存在局部的沿y方向加宽的部分；所述第二脊条(11)的背向端面(15)处的端面光场反射率相对于第一脊条(10)的背向端面(15)处的端面光场反射率存在π相移；所述双脊条中，其一侧端面为背向端面(15)，另一侧端面是前向端面(14)，该前向端面为信号输出端面。
2.根据权利要求1所述的脊波导分布反馈半导体激光器，其特征是第二脊条(11)的加宽脊条部分沿z方向的长度Lp满足: 式中:λα为激射模式在真空中的波长，neff为第一脊条(10)对应区域的有效折射率，n, eff是第二脊条(11)在加宽脊条部分即Lp长度对应的区域内的有效折射率。
3.根据权利要求1所述的脊波导分布反馈半导体激光器，其特征是第二脊条(11)的加宽脊条部分沿y方向的宽度Wp满足:
Wp > W, 式中:w为第一脊条(10)的宽度，也是第二脊条(11)未加宽部分的宽度;wP为第二脊条(11)的加宽脊条部分的宽度。
4.根据权利要求3所述的脊波导分布反馈半导体激光器，其特征是W和Wp的取值均满足现有脊波导半导体激光器对脊条宽度的要求即保证该激光器不产生多横模激射，具体的取值与要求的激光器激射波长以及该激光器的材料相关。
5.根据权利要求1所述的脊波导分布反馈半导体激光器，其特征在于第一脊条(10)和第二脊条(11)在y方向的间隔不小于10um。
6.根据权利要求1所述的脊波导分布反馈半导体激光器，其特征在于所述两脊条的前向端面(14)处镀有减反膜层；所述两脊条的背向端面(15)处镀有高反膜层，或保持自然解理状态。
7.权利要求1至6中任一权利要求所述脊波导分布反馈半导体激光器的用途，其特征是该激光器在需要定波长激射的光源器件中的应用。
8.根据权利要求7所述的用途，其特征是该激光器在采用密集波分复用即DWDM技术的网络中的应用。
【文档编号】H01S5/22GK104184045SQ201410415244
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】奚燕萍, 李洵 申请人:华中科技大学