具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器，更详细地说涉及的具有折弯的光导波路的外部谐振器型激光器，在一侧面为无反射涂层的使用光增益介质的激光二极管晶片放射的光聚光于光导波路型波长选择性滤波器之后，利用被形成在光导波路的光栅选择的波长来制作外部谐振器型激光器，将光导波路的物理性质变化为电气性或热性，以使在外部谐振器型激光器振动激光波长变化。
【背景技术】
[0002]现在正在广泛使用光通信作为收发大量信息的方法。光通信不仅使用于国家之间的信息通信，还发展到利用FTTH(Fiber To The Home，光纤到户)、FTTP(Fiber To ThePole，光纤到极点)等方式，在家庭通过直射光继电器直接通讯大容量的信息。这种为了流通大量信息的光通信，必须需要发光元件、光纤维与受光元件，发光元件制造用于光通信的光，光纤维是传输光信号的介质，受光元件将传达的光信号变换为电气性信号，其中制作用于光通信的光的发光元件使用激光二极管，激光二极管使用半导体元件制造技法，其激光二极管是将电气信号变换为光信号的元件。
[0003]在半导体激光二极管设定光导波路(Waveguide)，组合可反馈(Feedback)光的反射镜，其光导波路在将电制作为光的增益介质决定光的方向性。最简单的半导体激光二极管为Fabry-Perot (法布里-珀罗，以下简称为“FP”)型的激光二极管，其构造为增益介质的两个末端起到反射镜的作用。反射光而振动的部分为谐振器，通常的半导体激光二极管晶片在半导体激光二极管晶片的两端面之间谐振光，因此其两端面形成谐振器。在这种FP型激光二极管激光振动的光波长，在满足Bragg law(布拉格定律)的光中，由位于激光二极管增益分布内的波长构成，其中Bragg law为在光往返于激光二极管晶片的两个末端时，光的相位变换为2 (330° )的条件。通常地说，半导体激光二极管晶片的长度为300 μm左右时，根据Bragg law允许的波长间隔大约相当于1.2nm，因此在以1550nm频带的用于光通信的激光二极管为基准时，FP振动模式允许波长间隔为1.2nm的众多模式。在这种允许模式中，实际上利用FP型振动模式振动与半导体增益介质的增益特性一致的波长的光。通常地说在FP型激光二极管晶片同时振动10个左右的模式，即FP型激光二极管晶片的总振动线宽度具有5nm左右的振动线宽度，其振动线宽度是10个振动模式宽度的一半。
[0004]最近，正在广泛采用波长多重化型光通信，利用一个光纤维同时传输各种不同波长的光。波长多重化型光通信的一方法DWDM (Dense Wavelength Divis1n Multiplexing，密集波分复用)，将各个通信频道之间的间隔设定为2nm，上述的FP型激光二极管晶片的振动模式半高宽为5nm左右，因此不能将FP型激光二极管晶片使用为DWDM的光源。在DWDM光源中，要求在各个激光二极管晶片振动的模式应该具有非常窄的线宽度，并且要求振动模式的中心波长应该与国际规格分配的频道的中心波长一致。
[0005]作为波长线宽度非常窄的半导体激光二极管晶片的制作方法，使用的方法为在半导体激光二极管的增益介质内插入在曲折率非常短的距离(例如，大约250nm周期)变化的光栅。在这种半导体激光二极管中一示例称为分布反馈型激光二极管(distributedfeedback laser d1de:DFB-LD)，在这DFB-LD允许的波长模式应该满足相当于光栅周期的Bragg law，但是由于光栅周期非常短，因此满足对光栅周期的Bragg law的波长间隔大到1500nm，进而实际上只允许一个模式。允许的模式的一个线宽度具有大约0.1nm以下的半高宽，因此满足在DWDM通信方式要求的光源线宽度。但是，为了匹配于允许DFB-LD波长的频道中心，应该在1/1000单位调节半导体激光的光栅周期与到光导波路部分的曲折率，但是光导波路的有效曲折率是根据光导波路厚度、宽度等各种因素决定的，因此完全匹配光导波路的曲折率及周期是不可能的，因此为了在DWDM允许频道中心正确调整波长，要求可在制作半导体激光之后调节波长的方法。在光栅分布中，为了满足Bragg law，根据温度变化的介质曲折率变化与根据温度变化的热膨胀或收缩的光栅周期变化，决定DFB-LD中的允许模式的温度变化。其中，根据热膨胀及收缩的允许模式波长变化大约为I Opm/0C (picometer/°C )，对于120 °C的温度变化只允许1.2nm的波长变化。但是为了与温度变化无关的用相同的电力操作DFB-LD，应变化为了抵消增益特性的变化而注入到半导体激光二极管的电流量，但是根据注入到半导体激光的电流量，变化半导体介质的曲折率，据此体现出变化光栅的有效间隔的特性。在通常的DFB-LD中，所有考虑的这种因素的波长变化为80pm/°C，这种程度具有比热膨胀光栅大小的效果大8倍的效果，考虑到这一点若在没有大大变化激光二极管特性的区域的40°C范围内调节温度，则最大可带来3.2nm的波长变化，这可调节具有允许的频道中心附近波长的DFB-LD，以使其具有匹配于允许的频率中心的波长，但是在DWDM最少有数十个允许频道，因此为了填满这些所有允许的的频道，以频道数量需要基本振动特性都不同的DFB-LD。这种方法无法将相同的DFB-LD用于各种频道，因此要求可在各种DWDM频道使用相同半导体晶片的半导体激光器，满足这种要求的光源称为可变波长激光，在可变波长中波长的波长可变宽度通常为20nm以上左右，这在DWDM中可同时使用于10个频道。
[0006]可变波长单一模式光源的制作方法，正在使用外部谐振器型可变波长激光器。图1是现有的利用聚合物布拉格光栅(Polymer Bragg Grating:PBG)的可变波长外部谐振器半导体激光器的概念图。
[0007]在图1中，向着半导体激光二极管晶片10的PBG光导波路30侧的前面11为无反射涂层，这是为了抑制Fabry-Perot模式，而向着半导体激光二极管晶片10的PBG光导波路30相反侧的背面12通常为高反射涂层。在激光二极管晶片10输出的放射光通过透镜20入射到PBG30光导波路。另外，也可利用以数ym以内接近配置激光二极管晶片10与PBG30光导波路30，将在激光二极管晶片10放射的光与PBG光导波路30光结合。在PBG光导波路30内装的grating(光栅)31，在选择满足grating与Bragg(布拉格)条件的光的之后，将其中一部分反馈到半导体激光晶片10，其余部分传输到外部。据此，在PBG光导波路30与激光二极管晶片10的背面12反射面之间振动光，来操作外部谐振器激光器。在PBG光导波路30的grating31反馈到半导体激光二极管晶片10的光，决定半导体激光二极管晶片10的振动波长，因此在最后只在激光二极管晶片10振动满足PBG光导波路30的Bragg条件的光，并且其光经过PBG光导波路30放射到外部来构成通信功能。在这种外部谐振器型激光中，激光成为包括半导体激光二极管晶片10、透镜20、PBG光导波路30的系统。在这种激光变化外部温度，变化可半导体激光二极管晶片10的曲折率，但是激光波长是根据PBG光导波路30的grating31选择的，因此半导体激光二极管晶片10的曲折率的变化不能变化激光的波长，相反激光波长是被根据PBG光导波路30温度的PBG光导波路30的有效光栅周期变化来决定的，但是有效光栅周期是根据光导波路光栅的物理性周期与光导波路的有效曲折率决定的。为了变化PBG光导波路30的有效光栅周期，其PBG光导波路30位于热电元件35的上部。通常地说，高分子材料polymer (聚合物)材料的情况，根据外部温度变化的曲折率变化为3X 10-4/°C左右，相比于玻璃或硅等无机物材料，其根据温度的曲折率变化非常严重，进而根据在PBG光导波路30形成的grating31的曲折率与光栅