一种可调谐波长半导体激光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信领域技术领域，尤指一种可调谐波长半导体激光器。
【背景技术】
[0002] 半导体激光器是光纤通信系统中的重要光源。它体积小，效率高，十分适合光纤通 信系统中使用。目前光纤通信系统普遍使用波分复用方式增加单根光纤的通信容量。每一 个通信信道占用一个半导体激光器，不同信道波长不同。传统的固定波长半导体激光器每 种只能输出一个波长，因此在波分复用系统中，需要为每个不同的信道准备不同的半导体 激光器，极大的增加了运营商的仓储压力。因此在波分系统中急需波长可调谐半导体激光 器。一个波长可调谐半导体激光器可以覆盖部分或者全部通信信道，减小运营商备货种类， 降低运营商仓储压力及成本。同时可调谐半导体激光器还可以广泛的应用于波分复用系统 中各个光网络功能单元内，如光分叉复用器，波长转换器等。因此可调谐半导体激光器在光 通信系统中具有举足轻重的作用。随着光通信系统的发展，光子集成器件得到越来越广泛 的应用，而可调谐激光器作为重要的光源单元，在光子集成器件中起着举足轻重的作用。
[0003] 传统的分布布拉格反射镜（DBR)激光器，其反射镜由一段连续的均匀光栅组成， 激射波长仅由光栅周期与波导有效折射率决定。因此在波导有效折射率一定的情况下，要 大幅度改变DBR激光器的调谐范围的起始波长，需要更改波导光栅的光栅周期。在集成器 件，低成本的波导光栅一般由双光束干涉曝光法刻写，同一晶圆上的光栅周期相同，因此制 作的DBR可调谐激光器起始波长也是固定的，这使得DBR激光器在光子集成器件中的应用 受到限制，当需要两个起始波长不同的DBR激光器同时存在于一个光子集成器件中时，就 需要在同一晶圆上更改不同DBR激光器的波导光栅的光栅周期，而要实现这一点一般需要 使用电子束光刻等方法进行加工。理论上电子束光刻可以在同一晶圆上刻写任意周期的光 栅，可以灵活实现不同DBR激光器起始波长的调整，但是这种方法成本高昂，产量低，并不 适应工业化规模生产。亦或者可以增大激光器的调谐范围，采用四段式的取样光栅DBR激 光器，拓展可调谐激光器的调谐范围，实现全部工作波长范围内的调谐。但是四段式可调谐 取样光栅激光器，原理复杂，控制电路十分繁琐。
【发明内容】
[0004] 为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种可调谐波长半导体激光 器。
[0005] 为达成上述目的，本发明应用的技术方案是：提供一种可调谐波长半导体激光器， 包括一段提供增益的半导体有源区、一段进行相位调节的无源波导区以及一段含有取样布 拉格光栅的无源波导光栅区，取样布拉格光栅反射谱为梳状反射谱，其中：有源区、波导区 以及光栅区依序纵向相连，各区分别具有电极，在有源区中，有一部分端面镀有反射膜，同 时光栅区的端面镀有低反射膜，其中有源区电极用于有源区电流注入，相位区电极及光栅 区电极用于对波导进行电流注入或者通过加热的方式改变相位区波导及光栅区波导的折 射率。
[0006] 在本实施例中优选，有源区、波导区以及光栅区之间的连接为直接耦合连接，或者 为通过透镜通过空间光路连接。
[0007] 在本实施例中优选，取样布拉格光栅包括布拉格中心波长，有源区包括增益峰，布 拉格中心波长远离有源区增益峰，布拉格中心波长在增益峰短波方向，或者在增益峰长波 长方向。
[0008] 在本实施例中优选，布拉格中心波长与有源区增益峰相差大于50nm，以此避免激 光器在布拉格中心波长处激射。
[0009] 在本实施例中优选，取样布拉格光栅的取样周期为P，通过取样布拉格光栅形成 梳状反射谱，其中+1或-1级反射峰处于有源区增益带宽内，取样布拉格光栅+1级反射峰 或-1级反射峰与布拉格中心波长的间距由取样周期P决定。
[0010] 在本实施例中优选，有源区包含增益介质的半导体材料，其波导结构是脊型结构， 或者是条形结构。
[0011] 在本实施例中优选，波导区以及光栅区与有源区采用同一半导体材料体系单片集 成，或者与有源区采用不同的半导体材料体系混合集成。
[0012] 在本实施例中优选，组成光栅区与波导区采用的材料是三五族半导体材料，或者 是硅材料、二氧化硅材料、氮化硅材料及聚合物材料。
[0013] 本发明与现有技术相比，其有益的效果是：具备起始波长低成本灵活调整的能力， 可以用于复杂光子集成器件的制作，降低光子集成器件的制作难度与成本，同时产品成本 低廉、适应面广及调整灵活。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明实施例的结构框图。
[0015] 图2为取样光栅结构原理图。
[0016] 图3为取样光栅反射谱示意图。
[0017] 图4为本发明实施例的增益谱与取样布拉格光栅反射镜的反射谱之间的关系图。
[0018] 图5为本发明实施例的立体结构图。
[0019] 图6为本发明实施例的有源区增益谱及取样布拉格反射镜反射谱之间的关系图。
[0020] 图7为本发明实施例的取样布拉格光栅梳状反射谱峰值间隔与取样周期的关系 图。
[0021] 图8为本发明实施例的激射谱模拟图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细说明。下面详细描述本发明的 实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类 似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅 用于解释本发明的技术方案，而不应当理解为对本发明的限制。
[0023] 在本发明的描述中，术语"内"、"外"、"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"顶"、"底"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发明而不是 要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
[0024] 请参阅图1并结合参阅图4所示，传统的可调谐DBR半导体激光器中，分布布拉格 反射镜一段由均勾光栅构成。而在本发明中，请参阅图1，均勾光栅被替换成一段取样光栅 30。取样光栅30是在普通的均匀光栅（即基础光栅）上对部分光栅进行周期性的调制，调 制周期为P。通常调制方式为强度调制（即周期性的抹除一部分光栅），其结构如图2。经 过取样以后的光栅反射谱受到取样图形的调制，呈现为梳状（如图3)。梳状反射峰的间隔 由调制的取样周期P决定。反射峰间隔与取样周期P的关系为：
[0026] 其中rwfg为波导的群折射率，λ。为取样前均匀光栅的布拉格反射峰，通常取样光 栅中，取样周期为微米量级，该量级的图形可以通过普通光刻方便容易的实现。本发明正是 利用了取样光栅的这一性质，用以实现可调谐激光器起始波长的调整。通过普通光刻可以 灵活的修改取样光栅梳状反射谱的反射峰间隔。当〇级反射峰相同时，+1级或者-1级反 射峰位置就可以随着取样周期Ρ灵活调整。
[0027] 在半导体激光器中，激射波长位于阈值增益最低的腔模处。阈值增益受激光器增 益介质增益及腔内损耗及镜面损耗共同控制。关系如下：
[0028] gth(A) =Ε(λ) +α?η(λ) +αη,(λ)
[0029] 其中，gU)为有源区的增益谱，αιη(λ)为腔内损耗谱，'(λ)为镜面