一种大功率量子点光频梳激光器的制作方法

本发明涉及光电子领域，具体涉一种大功率量子点光频梳激光器。

背景技术：

高速发展的互联网技术带来了海量数据需要存储、传输，随之而来对光通信和数据中心的带宽提出了更高的要求。相比用于长距传输的相干通信技术，波分复用技术具有带宽高、成本低的特点，然而目前波分复用技术多为4波粗波分复用器(CWDM)与密集波分复用器(DWDM)技术。随着时代的发展，未来800G光模块将采用8通道波分复用，增加的通道使得每个光模块需要8个甚至更多不同波长的半导体激光器，这对芯片成本和模块功耗都有极大的挑战。

但是，现有波分复用采用多颗不同波长的激光器芯片，通过封装的形式组装成光发射组件时，由于激光器良率问题，多颗不同稳定波长的激光器极大的提高了发射组件制造成本。因此，如果能实现单颗激光器输出多个波长，即可解决多波长和模块功耗问题。量子点激光器可以制作锁模激光器产生频梳，然而如果用以替代高速激光器阵列需要激光器本身产生频率间隔大的光频梳(＞50GHz)，这样一来使得激光器存在输出功率不够的问题。光频梳产生多利用无源波导的非线性光学特性实现，虽然可以同样产生光频梳，但由于是无源器件仍然需要外部注入激光，无法单片集成。目前量子点激光器频梳光源在国际上已有文章发表，然而由于频梳密、功率小的原因无法满足实际应用的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低成本、集成度高的大功率量子点光频梳激光器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：

一种大功率量子点光频梳激光器，包括频梳激光源、分布式布拉格反射镜和半导体光放大器，所述频梳激光源与所述半导体光放大器间设有光波导，所述分布式布拉格反射镜设于所述光波导上，所述频梳激光源为量子点激光器。

在其中一个实施例中，外延结构包括有源区、上下限制层、上下金属接触层，所述频梳激光源和半导体光放大器间隔分布在所述有源区上，所述分布式布拉格反射镜位于所述频梳激光源和半导体光放大器之间。

在其中一个实施例中，所述分布式布拉格反射镜分布于所述有源区上，所述有源区具有电隔离截断，所述截断处位于所述分布式布拉格反射镜和半导体光放大器相对应的有源区之间。

在其中一个实施例中，还包括反射膜和增透膜，所述反射膜和增透膜分别设于所述大功率量子点频梳激光器两端。

在其中一个实施例中，所述增透膜设于所述半导体光放大器一侧并覆盖所述半导体光放大器边缘；所述反射膜设于所述频梳激光源一侧并覆盖所述频梳激光源边缘。

在其中一个实施例中，所述频梳激光源为锁模激光器。

在其中一个实施例中，所述频梳激光源为单一腔体的量子点脊波导激光器或两段式被动锁模量子点激光器。

在其中一个实施例中，所述频梳激光源的频率间隔和激光器腔长满足公式下式：

f＝c/(2nL)，

其中，f为频率间隔，n为激光器材料有效折射率，L为为频梳激光源部分腔长。

在其中一个实施例中，所述频梳激光源发出的信号光经所述分布式布拉格反射镜的光栅提供反射后形成锁模激光输出，所述锁模激光通过输入所述半导体光放大器，所述半导体光放大器输出宽频信号光。

在其中一个实施例中，所述大功率量子点光频梳激光器用于基于波分复用的高带宽光收发模块以及光互联芯片。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明采用量子点技术本身材料可以直接产生频梳，利用片上DBR反馈设计和片上SOA集成技术实现量子点频梳光源的大功率输出。为了实现频梳激光器在宽频梳间隔条件下获得应用所需要的输出功率，通过在量子点频梳激光器芯片上集成DBR和SOA器件，使得该技术制作的频梳光源实现宽频梳间隔的大功率输出，以实现实际波分复用光模块所需要的频梳光源。

【附图说明】

图1是本发明大功率量子点光频梳激光器示意图；

图2是本发明大功率量子点光频梳激光器剖视图；

图3是本发明大功率量子点光频梳激光器局部剖视图。

【具体实施方式】

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语″中心″、″纵向″、″横向″、″上″、″下″、″前″、″后″、″左″、″右″、″竖直″、″水平″、″顶″、″底″、″内″、″外″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语″第一″、″第二″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有″第一″、″第二″等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请创造的描述中，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

图1是本发明大功率量子点光频梳激光器示意图；图2是本发明大功率量子点光频梳激光器剖视图；图3是本发明大功率量子点光频梳激光器局部剖视图。

请参考图1，本发明一种大功率量子点光频梳激光器，包括频梳激光源1、分布式布拉格反射镜2(DBR)和半导体光放大器3(SOA)。DBR(distributed Bragg reflection)又叫分布式布拉格反射镜，是由两种不同折射率的材料交替排列组成的周期结构，每种材料的光学厚度为中心反射波长的1/4，其光反馈是由光腔内的分布反馈布拉格光栅提供的。本发明器件采用片上分布式布拉格反射镜2通过刻蚀材料形成光栅结构，通过设计光栅的周期，可以选择性调节对特定波长的光进行增强反射。实施例中频梳激光源1与半导体光放大器3间设有光波导，分布式布拉格反射镜2设于光波导上，频梳激光源1为量子点激光器。实施例利用量子点激光器技术制作多波长频梳激光器，量子点技术本身材料可以直接产生频梳，经过DBR反馈此频梳激光器所需要的特定波长带宽范围的反馈，从而实现符合商用标准波长范围的频梳光，并进一步通过片上集成SOA实现高功率的频梳光源，提升量子点激光器光频梳的功率，实现宽频梳间距的大功率频梳光源。

实施例采用量子点材料制作多波长频梳激光器。量子点是一种重要的低维半导体材料，其三个维度上的尺寸都不大于其对应的半导体材料的激子玻尔半径的两倍。量子点一般为球形或类球形，其直径常在2-20nm之间。常见的量子点由IV、II-VI，IV-VI或III-V元素组成。具体的例子有硅量子点、锗量子点、硫化镉量子点、硒化镉量子点、碲化镉量子点、硒化锌量子点、硫化铅量子点、硒化铅量子点、磷化铟量子点和砷化铟量子点等。本实施例中的量子点材料优选采用铟镓砷(InGaAs)/砷化铟(InAs)材料，由InGaAs/InAs材料及相应的衬垫结构形成频梳激光源1的有源层。

实施例还公开了大功率量子点光频梳激光器的层结构剖视图，请进一步参考图2，在其中一个实施例中，外延结构还包括有源区4，上下限制层、上下金属接触层，频梳激光源1和半导体光放大器3间隔分布在有源区4上，分布式布拉格反射镜2位于频梳激光源1和半导体光放大器3之间。

实施例还公开了大功率量子点光频梳激光器的层结构局部剖视图，请进一步参考图3，在其中一个实施例中，分布式布拉格反射镜2分布于有源区4上，有源区4具有电隔离截断7，截断处位于分布式布拉格反射镜2和半导体光放大器3相对应的有源区4之间。

为了提高输出效率，减少损耗，在其中一个实施例中，还包括(高)反射膜5(HR)和增透膜6(AR)，反射膜5和增透膜6分别设于激光器整体的两端。

为了进一步提高输出效率，减少损耗，在其中一个实施例中，增透膜6设于半导体光放大器3一侧并覆盖半导体光放大器3边缘；反射膜5设于频梳激光源1一侧并覆盖频梳激光源1边缘。

在其中一个实施例中，频梳激光源1为锁模激光器。锁模激光器采用被动锁模的方法使激光振荡不同频率各纵模之间有确定的相位关系，获得窄脉宽、高峰值功率的超短脉冲激光。锁模激光器的输出在光谱上表现为宽平顶频率梳，并且相位完全一样。在时域内，激光输出为脉冲串，因此锁模相当于使谱线的振幅及相位相关。

在其中一个实施例中，频梳激光源1为单一腔体的量子点脊波导激光器或两(多)段式被动锁模量子点激光器。在其他实施例中，也可采用单片集成的多级量子点锁模激光器实现。由于量子点材料本身的非线性特性，其通过自身波导内的四波混频效应可产生频梳，同时也可作为锁模激光器。

在其中一个实施例中，频梳激光源1的频率间隔和激光器腔长满足公式下式：

f＝c/(2nL)，

其中，f为频率间隔，n为激光器材料有效折射率，L为激光器腔长。特别的，本应用中L为频梳激光源部分腔长。

在其中一个实施例中，频梳激光源1发出的信号光经分布式布拉格反射镜2的光栅提供有效光反馈形成锁模激光后输入半导体光放大器3，半导体光放大器3输出宽频信号光。

在其中一个实施例中，大功率量子点光频梳激光器解决了未来超高带宽高速通信的多波长光源问题，主要用于基于波分复用的高带宽光收发模块以及光互联芯片。光互联主要是指通过光，如激光等进行数据传输的方式，成千倍地提高芯片间数据交换速率。本发明实施例大功率量子点光频梳激光器通过短腔产生频梳间隔大的光频梳，通过与无源滤波器集成可满足单通道25GHz以上的调制速率。通过片上集成DBR反馈和半导体光放大器(SOA)可进一步提高频梳激光器的输出功率达到目前商用所需的要求，还可作为未来波分复用系统中理想的频梳光源。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明采用量子点技术本身材料可以直接产生频梳，利用片上DBR反馈设计和片上SOA集成技术实现量子点频梳光源的大功率输出。为了实现频梳激光器在宽频梳间隔条件下获得应用所需要的输出功率，通过在量子点频梳激光器芯片上集成DBR和SOA器件，使得该技术制作的频梳光源实现宽频梳间隔的大功率输出，以实现实际波分复用光模块所需要的频梳光源。

以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。