频率间隔连续可调的v型耦合腔双波长半导体激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微波光子学领域，尤其涉及一种用于微波产生的单片集成且频率间隔连续可调的V型耦合腔双波长半导体激光器。
【背景技术】
[0002]微波频段的信号在无线通信、雷达探测、微波传感等诸多领域均有非常重要的应用。特别是近年来随着用户对无线数据流量要求的急剧攀升以及“移动互联网”的迅速发展，高速宽带无线通信技术成为下一代无线通信技术的发展方向，也成为市场需求新的增长点。而微波光子技术，特别是微波光源的产生作为“移动互联网”的核心技术，正成为各个研究小组和学术机构的研究热点。
[0003]基于两束相近波长拍频产生微波载波是实现光生微波载波的主要方式。目前已经报道的技术主要包括三类:即基于多光栅耦合的光纤激光器或半导体激光器；基于光学非线性效应产生高频微波载波的微波光源系统；以及基于耦合腔耦合的半导体激光器。
[0004]基于光栅耦合的光纤激光器由于其光栅可做得很长，并且具有很长的增益区，并且可以进行偏振控制或相位锁定等复杂的控制手段，一般具有较好的光谱特性和微波频谱特性，但其存在微波频率不可调谐，制作工艺复杂，系统体积庞大，成本较高等缺点。
[0005]而基于光纤非线性效应的微波光源系统一般能够实现微波频率的连续可调，并且基于非线性效应的双波长之间一般具有很好的相位相关性，能够实现较窄的微波频谱线宽，一般包括基于强度调制、相位调制、四波混频或受激布里渊散射等边带产生的技术、注入锁定技术以及锁相环技术等多种技术。但它本身需要提供一个精确的微波本振源，技术实现复杂，系统庞大，成本高等缺点。
[0006]对于微波载波的产生，通常需要激光器产生两个临近的、频率间隔和强度稳定的双波长。最常见的结构就是基于两个不同光栅周期的DFB串联耦合的结构。图1为基于光栅親合的双波长半导体激光器示意图，被报道于"Dual-wavelengthInGaAs—GaAs ridge waveguide distributed Bragg reflector lasers withtunable mode separat1n.〃，Roh，S.D，et al.Photonics Technology Letters,IEEE12.10(2000):1307-1309,由于光栅的选模作用，这类激光器一般具有很好的单模特性和频率稳定性。但这类激光器涉及复杂的光栅制作及二次外延生长，成本很高。
[0007]为了提供廉价的双波长频率间隔可调谐半导体激光器，何建军于2005年提出了一种基于多段FP谐振腔耦合的双波长半导体激光器，公开于美国发明专利:"Dual-wavelength semiconductor laser〃，公开号:US20050243882 A1。图 2 为该激光器的结构示意图。它由三段通过深刻蚀槽耦合的法布里-珀罗谐振腔串联构成，每个深刻蚀槽的宽度均为四分之一波长的奇数倍。其中相邻的两段法布里-珀罗谐振腔具有相等的光学长度，用来产生一系列的双波长梳状谱。另一段长度较短的法布里-珀罗标准具作为滤波器选出其中的某一个双波长模式。这类激光器可以实现双波长频率间隔的连续调谐，制作成本也比较低。但是由于制作工艺精度的限制，深刻蚀槽的宽度很难精确控制，同时器件的尺寸也比较长，制作的成品率不高。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的不足，本发明旨在提出了一种频率间隔连续可调的V型耦合腔双波长半导体激光器，它具有微波频率连续可调，结构紧凑，制作工艺容差较大等优点，避免了非常精确的工艺制备条件，同时具有耦合腔半导体激光器的一系列优点。
[0009]本发明采用的技术方案是:
[0010]本发明的激光器包括第一有源谐振腔、第二有源谐振腔、第一无源滤波器和第二无源滤波器，第一有源谐振腔与第二有源谐振腔一端之间以V形相耦合形成多模耦合区，形成V型腔，多模耦合区的端面具有腔面反射面，多模耦合区为四分之一波长耦合区，即多模耦合区的直通耦合系数与交叉耦合系数之间具有90°的相位差；第一有源谐振腔的另一端和第一无源滤波器之间通过深刻蚀槽串联构成激光器的一臂；第二有源谐振腔的另一端和第二无源滤波器之间通过深刻蚀槽串联构成激光器的另一臂；多模耦合区所在的第一有源谐振腔的一段波导与第一有源谐振腔的其余波导之间设有用于电隔离的浅刻蚀槽，多模耦合区所在的第二有源谐振腔的一段波导与第二有源谐振腔中其余波导之间设有用于电隔离的浅刻蚀槽。
[0011]所述的第一有源谐振腔与第二有源谐振腔具有相等的光学长度。
[0012]所述的第一无源滤波器和第二无源滤波器的光学长度均为四分之一激光出射波长的奇数倍且互不相同。
[0013]所述第一有源谐振腔和第一无源滤波器之间的深刻蚀槽与第二有源谐振腔和第二无源滤波器之间的深刻蚀槽的光学长度均为四分之一激光出射波长的奇数倍。
[0014]所述的多模耦合区上设有用于相位调整的相位微调电极。
[0015]除多模耦合区以外的所述第一有源谐振腔和所述第二有源谐振腔分别设有第一增益调谐电极和第二增益调谐电极。
[0016]所述的第一无源滤波器和第二无源滤波器上分别设有用于折射率调整的第一波长微调电极和第二波长微调电极，用于实现激光器激射模式和滤波器中心的对准
[0017]优选地，所述的第一有源谐振腔与第二有源谐振腔均可采用有源法布里-珀罗谐振腔。
[0018]优选地，所述的第一无源滤波器和第二无源滤波器均可采用无源法布里-珀罗谐振腔。
[0019]本发明的两段有源谐振腔在电注入达到阈值增益时将产生一系列的双波长激射模，无源滤波器作为带通滤波器选出其中的一个双波长模式，激光器输出的双波长频率间隔随着两臂注入电流比的变化而变化，通过高速探测器接收产生对应差频的微波载波信号。本发明能通过改变两臂有源区的注入电流比，可以实现微波载波频率的可调谐。无源滤波器上也设有调谐电极，用来实现激射波长和滤波器通带中心的对准，提高双波长模式的模式选择性。
[0020]本发明与【背景技术】相比，具有的有益效果是:
[0021]本发明无需制作光栅，制作成本低。
[0022]本发明的V型腔结构可减小器件的长度，使器件结构更加紧凑简单。
[0023]本发明的四分之一波长耦合器上设有调谐电极，可微调耦合器的相位，增大了器件的容差，提高了器件的成品率。
[0024]本发明无需设置外部微波信号源，降低了系统的复杂度和成本。
[0025]本发明中两段有源区上设有增益调节电极，可以通过简单的调节两臂之间的增益差就能实现双波长之间频率间隔的连续调谐，调谐算法简单。
[0026]本发明两个无源滤波器上设有波长微调电极，用于微调无源波导的折射率，实现无源滤波器通带中心和激射波长的对准，可以同时实现较好的模式选择性和较大的自由光谱范围。
[0027]综合上述，本发明体积小尺寸短，制成的器件性能对刻蚀槽宽度的精度要求不高，刻蚀宽度容易精确控制，制作工艺简单，制作成本可以大大降低，具有更大的发展前景和商业应用价值。
【附图说明】
[0028]图1为【背景技术】中基于光栅耦合的可调频率间隔双波长半导体激光器示意图。
[0029]图2为【背景技术】中基于刻蚀槽耦合的可调频率间隔双波长半导体激光器示意图。
[0030]图3为本发明的结构示意图。