一种多波长阵列激光器及其制造方法和使用方法

一种多波长阵列激光器及其制造方法和使用方法
【专利摘要】本发明涉及激光器技术领域，提供了一种多波长阵列激光器及其制造方法和使用方法。所述激光器包括至少两个DBR激光器，DBR激光器包括有源区结构和光栅区结构，DBR激光器的光栅区结构包括一个或者多个光栅区，各光栅区相隔指定长度；其中，采用具有相同光栅周期的光栅构成各DBR中的光栅区；在各DBR激光器中，由各自的一光栅区长度和相应光栅区相隔的一指定长度所构成的取样长度值，是根据该DBR激光器所要激射的波长所确定。本发明通过对光栅进行不同周期的取样制作，使得不同DBR激光器的激射波长不同，实现低成本的多波长阵列激光器，通过取样光栅设计及有源区设计，可以使得激光器阵列中各个激光器性能具备高度的一致性。
【专利说明】-种多波长阵列激光器及其制造方法和使用方法 【技术领域】
[0001] 本发明设及激光器技术领域，特别是设及一种多波长阵列激光器及其制造方法和 使用方法。 【【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的增加单根光纤的通信容量。在 不同信道使用不同的波长进行通信传输。传统的通信光源采用分立的激光器，器件体积大， 功耗高，成本高昂。单片集成忍片具有体积小，功耗低等优势，能够降低系统的运营成本。因 此将多个不同波长激光器集成在一起的多波长阵列激光器相比传统的单波长激光器就具 备了相当的优势，成为了下一代光通信忍片的核屯、组成部分。具体来说在未来的光子集成 忍片中，为适应密集波分复用的要求，光源必须是多波长的，因此如何得到低成本，功能强 大，适应性广的多波长光源就是未来光子集成忍片所遇到的最大问题。
[0003] 传统的多波长阵列激光器使用分布反馈式（Distributed Feedback Diode Lasers,简写为:DFB)激光器作为单元激光器。在不同Dra激光器内刻写不同周期的光栅实 现各个DFB激光器多波长同时输出。但是采用DFB激光器存在=个问题。
[0004] 首先，DFB激光器激射波长较为固定。即使使用热调谐，激光器可调谐范围依然较 小，因此为实现较大范围的多波长激射，必须采用多个不同周期的光栅，在同一个晶圆上进 行多个不同周期光栅的加工通常需要使用高精度的微纳加工设备，诸如：电子束光刻 化Iectron Beam Lithogra地y，简写为:EI3L)等，加工成本较高。
[0005] 其次，由于〇!^激光器激射波长受加工重复性，加工精度及环境偶然因素等的影响 一般会与预设波长存在一定的偏差，因此为保证最终的输出波长精度需要采用一定的波长 矫正机制。DFB阵列激光器应对运种问题一般采用附加的加热电极进行波长矫正。但是由于 热串扰的存在使得阵列激光器之间的热调谐不是完全独立的。同时热调谐与热串扰带 来的波长漂移是同方向的，运使得热调谐矫正机制不仅矫正能力弱，同时矫正算法也很复 杂。利用热效应进行调谐也存在调谐速度慢的问题。
[0006] 其S，为减小忍片尺寸，并联的激光器应该尽可能减少横向的间隔，但是减小 横向间隔会带来激光器之间热串扰及热调谐电极之间热串扰的急剧增加，导致激光器激射 波长更加偏离预设值。为减小运种不利的影响，一般0!?激光器阵列的横向间距都比较大， 运极大的浪费了忍片面积，增加了阵列忍片成本。
[0007] 采用分布式布拉格反射(Dis化ibuted Bragg Reflector,简写为：DBR)激光器阵 列可W较好的解决运一问题。
[0008] DBR激光器的激射波长一般是采用电调谐的方式，调谐速度快，调谐范围大，附加 的热串扰相比于激光器阵列采用的热调谐来说都比较小，并且电调谐与热串扰带来的 波长漂移方向是反向的，W上运些因素都降低了波长矫正控制算法的复杂度，提高了波长 矫正的响应速度。因此DBR激光器阵列相比于DFB激光器阵列在波长精度上具备相当的优 势。在未来的光通信领域具备取代目前DFB激光器阵列的能力。
[0009] 但是单个DBR激光器调谐范围一般不超过15nm，因此当激光器阵列激射波长要覆 盖大于15皿波长范围时，普通的采用同一均匀光栅的D服激光器就显得无能为力。并且即使 在激光器阵列激射波长覆盖范围小于DBR激光器调谐范围，采用同一相同的DBR激光器阵列 也存在一个重要问题，即当阵列中的波长需要激光器调谐到最大范围（即覆盖15nm波长临 界值)时，由于调谐导致的附加波导损耗等，激光器性能会劣化，致使激光器阵列中各个激 光器功率、边模抑制比（Side-Mode Suppression Ratio，简写为：SMRS)等存在较大差异，不 利于系统的应用。
[0010] 利用起始波长不同的DBR激光器可W较好的解决上述问题，但是该方案也存在一 个十分严峻的技术难题，限制了其在光通信领域的应用。因为起始波长不同的DBR激光器通 常需要使用不同周期的光栅，目前在同一晶圆上能够实现多周期光栅高效制作的仅有电子 束光刻一种手段。电子束光刻是目前最为先进的微纳加工手段，但是也存在加工耗时长，加 工成本昂贵及设备昂贵的问题，限制了电子束光刻在大规模工业化生产中的使用。因此在 大规模商用DBR激光器阵列之前，找到一种可W低成本替代传统的多周期均匀光栅的新型 光栅就成为了普及运种高性能激光器阵列的关键。 【
【发明内容】
】
[0011] 发明人在研究过程中发现同时作为阵列器件，一般情况下，单元激光器的各项指 标及驱动条件希望相同，过大的差异会加重控制系统的负担，增加信号间的串扰，劣化信号 的传输质量。因此在实现阵列忍片多波长激射的同时，保证单元忍片的特性一致性也非常 重要。
[0012] 本发明要解决的技术问题是提供一种多波长阵列激光器的解决方案，能够解决组 成该多波长阵列激光器的各单元激光器之间，指标及驱动条件不一致所带来的加重控制系 统的负担，增加信号间的串扰，劣化信号的传输质量的问题。
[0013] 本发明进一步要解决的技术问题是提供该多波长阵列激光器的制造方法和使用 方法。
[0014] 本发明采用如下技术方案：
[0015] 第一方面本发明提供了一种多波长阵列激光器，包括至少两个分布式布拉格反射 激光器，每一个分布式布拉格反射激光器包括有源区结构和光栅区结构，每一个分布式布 拉格反射激光器的光栅区结构包括一个或者多个光栅区，各光栅区相隔指定长度;其中，采 用具有相同光栅周期的光栅构成各分布式布拉格反射激光器中的光栅区；在各分布式布拉 格反射激光器中，由各自的一光栅区长度和相应光栅区相隔的一指定长度所构成的取样长 度值，是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确定。
[0016] 优选的，每一个分布式布拉格反射激光器对应生成多波长阵列激光器中的一指定 波长的激光，则所述取样长度值是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确 定，具体包括：
[0017] 所述取样长度值的设定，满足所述光栅区结构自身的取样光栅梳状反射谱的1级 反射峰或-1级反射峰所处的波长，和分布式布拉格反射激光器所要激射的波长相同。
[0018] 优选的，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源区结构和光栅区结 构之间，还包括相位区结构，具体的：
[0019] 所述有源区结构、相位区结构W及光栅区结构依序纵向相连，各区结构分别设置 有电极；
[0020] 其中，有源区结构上的电极用于有源区的电流注入，相位区结构上电极及光栅区 结构上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 的有效折射率。
[0021] 优选的，所述各分布式布拉格反射激光器的取样光栅梳状反射谱之间的1级反射 峰的反射率小于5%，或者取样光栅梳状反射谱之间的-1级反射峰的反射率小于5%。
[0022] 第二方面本发明提供了一种多波长阵列激光器的制造方法，包括:在晶圆上对用 于制作多波长阵列激光器的各分布式布拉格反射激光器的有源区结构部分和/或相位区结 构部分进行掩膜处理，并利用全息曝光法在光栅区结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅 区；其中，各分布式布拉格反射激光器中各光栅区的间隔根据所要激射的波长设定;在所述 有源区结构部分生长完成有源区结构，在所述已完成光栅区制作的光栅区结构部分生长完 成光栅区结构和/或在相位区结构部分生长完成相位区结构。
[0023] 优选的，所述利用全息曝光法在光栅区结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅 区，具体包括：
[0024] 将光栅区结构部分对于非光栅区进行掩膜处理;设置全息曝光的光栅周期为指定 值A，对所述光栅区结构部分进行全息曝光;或者，
[0025] 设置全息曝光的光栅周期为指定值A，对所述光栅区结构部分进行全息曝光，用 光刻版进行光刻掩蔽，在光栅区非掩蔽部分利用光刻机进行二次过曝光。
[0026] 优选的，确定所述多波长阵列激光器所包含的各布式布拉格反射激光器的激光波 长、，其中i为对应各布式布拉格反射激光器的序号，则根据公式：
[0027] Lsi = V/aig|、-A〇
[0028] 求解得到取样长度值，其中，其中，Ao = 2 A ng、A为光栅周期、Ao为光栅梳状反射谱 的0级反射峰的波长;所述取样长度值是根据各布式布拉格反射激光器中光栅区长度值和 光栅区之间间隔值求和得到；
[0029] 按照所述取样长度值Lsi,生成用于所述非光栅区掩膜处理的掩膜。
[0030] 优选的，在构成多波长阵列激光器的各布式布拉格反射激光器的个数n为10,且激 射波长包括 1510nm，1520nm，1530nm，1540nm，1550nm，1560nm，1570nm，1580,1590nm，1600nm 时，设置光栅区结构的静态工作状态下其有效折射率为3.4,所述方法还包括：
[0031] 设置全息曝光的光栅周期A为242nm，则Ag为1650皿，参考公式：
[003。 Lsi = V/aig|、-A0
[0033] 求解得到各激射波长所对应的取样长度为2.86um、3.08um、3.34um、3.64um、 4.00um>4.45um>5.00um>5.72um>6.67um>8.01um；
[0034] 按照所述取样长度值，生成用于所述非光栅区掩膜处理的掩膜。
[0035] 优选的，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述相位区结构和/或光栅区 结构的电极接触层设置有电极；
[0036] 其中，相位区结构上电极及光栅区结构上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有效折射率。
[0037] 第=方面本发明提供了一种多波长阵列激光器的使用方法，所述使用方法基于上 述第一方面中任一所述的多波长阵列激光器，其中，各分布式布拉格反射激光器中，位于所 述有源区结构和光栅区结构的电极接触层分别设置有电极，所述包括：
[0038] 给各分布式布拉格反射激光器的有源区结构的电极供电；
[0039] 根据多波长阵列激光器中各分布式布拉格反射激光器所需产生的波长值，给各分 布式布拉格反射激光器光栅区结构的电极提供符合其有效折射率需求的电流。
[0040] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于:本发明通过对光栅进行不同周期的取 样制作，使得不同DBR激光器的激射波长不同，实现低成本的多波长阵列激光器，并且多波 长的覆盖范围可W远大于单个DBR激光器的调谐范围。通过发明中取样光栅设计及有源区 设计，可W使得激光器阵列中各个激光器性能具备高度的一致性。
[0041] 另一方面，本发明所提供的多波长阵列激光器的制造方法，由于各个DBR激光器光 栅的布拉格波长相同，因此只需要通过一次全息曝光即可制作完成，制作成本低廉。
[0042] 同时DBR激光器采用的电调谐形式及较大的调谐范围也使得阵列激光器波长矫正 能力更强，串扰更小，控制算法更简单，阵列激光器波长精度更高。W上的优势又可W进一 步降低D服激光器阵列的横向间距，提高忍片集成度，降低阵列忍片成本。
[0043] 在本发明优选实现方案中，提供了一种多波长阵列激光器，在设置多个拥有不同 增益信号的DBR激光器有源区（该有源区产生的增益信号波长覆盖90nm波长范围）的基础 上，能够实现激射波长在90nm波长范围覆盖的多波长阵列激光器，相比较现有技术中就起 始波长不同的DBR激光器使用不同周期的光栅，实现多波长激光器的方案，在保证了激射波 长覆盖范围的基础上，降低了生产成本，提高了生产效率。 【【附图说明】】
[0044] 图1是本发明实施例提供的一种取样光栅反射谱示意图；
[0045] 图2是本发明实施例提供的一种有源区增益信号及取样光栅梳状反射谱之间的关 系不意图；
[0046] 图3是本发明实施例提供的一种多波长阵列激光器的结构示意图；
[0047] 图4是本发明实施例提供的组成多波长阵列激光器的DBR激光器的结构示意图；
[0048] 图5是本发明实施例提供的一种光栅区结构示意图；
[0049] 图6是本发明实施例提供的一种有源区增益信号及取样光栅梳状反射谱之间的关 系不意图；
[0050] 图7是本发明实施例提供的一种归一化取样光栅反射谱示意图；
[0051] 图8是本发明实施例提供的取样光栅梳状反射谱峰值间隔与取样周期的关系图；
[0052] 图9是本发明实施例提供的另一种多波长阵列激光器的结构示意图；
[0053] 图10是本发明实施例提供的一种多波长阵列激光器的制造方法流程图；
[0054] 图11是本发明实施例提供的一种多波长阵列激光器的制造方法流程图；
[0055] 图12是本发明实施例提供的一种多波长阵列激光器的激射谱示意图；
[0056] 图13是本发明实施例提供的一种多波长阵列激光器的使用方法流程图；
[0057] 图14是本发明实施例提供的一种波长矫正原理图。 【【具体实施方式】】
[0058] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0059] 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W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。
[0060] 此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所设及到的技术特征只要彼此之间未 构成冲突就可W相互组合。
[0061] 在半导体激光器中，激射波长位于阔值增益最低的腔模处。阔值增益受激光器增 益介质增益及腔内损耗及镜面损耗共同控制，关系如下：
[0062] gth(入)=g(入)+ain(入)+?(入）
[0063] 其中A为光波长，g(A)为有源区的增益信号，Qin(A)为腔内损耗谱，Qm(A)为镜面损 耗谱，在分布式布拉格反射DBR激光器中，Qm(A)由DBR光栅反射谱决定。由此可知，我们可W 通过对取样光栅梳状反射谱中各反射峰位置的调整，调整分布式布拉格反射激光器的激射 波长。在普通的DBR激光器中，均匀光栅的反射谱只有一个反射峰，将反射峰移入有源区的 增益信号带宽内，激光器将在反射峰处激射。而在取样光栅DBR激光器中，反射谱呈梳状，且 强度大小不一(如图1所示）。一般反射最强烈的在0级反射峰处，其次是+1级反射峰和-1级 反射峰。通过调整0级反射峰和1级反射峰(或-1级反射峰）的位置，W及有源区产生的增益 信号带宽大小及增益信号的位置，使得0级反射峰处增益很小或者没有增益，而使得1级反 射峰或-1级反射峰波长处的增益值最大。两者共同作用可W使得1级反射峰或-1级反射峰 处的阔值增益最低，从而实现激光器在1级反射峰或-1级反射峰处激射的目的（如图2所示， 其中1级反射峰相邻的等幅的虚线反射峰为其调制后的效果）。而取样光栅的1级反射峰与0 级反射峰的位置(或者取样光栅的1级反射峰与0级反射峰的位置)如前述可W通过取样周 期的大小灵活调整，因此可W在0级反射峰位置固定的情况下，调整DBR激光器的起始激射 波长及调谐范围。而取样周期一般比较大，取样图案可W通过普通光刻的方式低成本、快速 的制得。
[0064] 由于，在本发明各实施例中，1级反射峰和-1级反射峰相比较0级反射峰来说是对 称的关系，因此，可W基于1级反射峰和0级反射峰之间距离关系实现的方法步骤中的功能， 同样适用于调整-1级反射峰和0级反射峰之间的距离关系，并依托于-1级反射峰来实现相 应方法步骤中的功能。在本发明后续实施例中，将集中通过1级反射峰和0级反射峰之间的 关系来阐述本发明实施例，本领域技术人员能够基于本发明实施例中阐述的方法步骤，无 需创造性推理可W将相应方案适用与-1级反射峰和0级反射峰之间去，在此不再寶述。
[0065] 在本发明各实施例中，设及类似光栅区结构部分、光栅区结构和光栅区的描述方 式，其中，光栅区结构部分主要是针对制造方法中，位于晶圆上用于生长成为光栅区结构的 区域;光栅区结构是指在多波长阵列激光器中构成分布式布拉格反射激光器的必要组成结 构，拥有较为完整的电器特性，例如：在具体实施例中，如图5所示，光栅区结构包括:光栅 区、非光栅区、InP衬底(或者Si化)和电极等等;光栅区具体指光栅区结构中分布有连续光栅 的区域，如图5所述各光栅区长度Lg限定的区域。
[0066] 实施例1:
[0067] 本发明实施例1提供了一种多波长阵列激光器，如图3所示，包括至少两个分布式 布拉格反射激光器(如图3所示，包括分布式布拉格反射激光器11、分布式布拉格反射激光 器12、分布式布拉格反射激光器13…），参考图4,每一个分布式布拉格反射激光器包括有源 区结构111和光栅区结构112,如图3-图5所示：
[0068] 每一个分布式布拉格反射激光器的光栅区结构112包括一个或者多个光栅区，各 光栅区相隔指定长度。其中，采用具有相同光栅周期A的光栅构成各分布式布拉格反射激 光器中的光栅区。
[0069] 所述光栅区相隔指定长度为图中取样长度Ls减去图中光栅区长度Lg后获得，W图 5所示，所述光栅区相隔指定长度位于光栅区之间，且未覆盖光栅的区域位置。
[0070] 在各分布式布拉格反射激光器中，由各自的一光栅区长度和相应光栅区相隔的一 指定长度所构成的取样长度值，是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确 定。
[0071] 在本发明实施例中，通过对光栅进行不同周期的取样制作（即在相同光栅周期前 提下，设定不同的取样长度），使得不同DBR激光器的激射波长不同，实现低成本的多波长阵 列激光器，并且多波长的覆盖范围可W远大于单个DBR激光器的调谐范围。通过发明中取样 光栅设计及有源区设计，可W使得激光器阵列中各个激光器性能具备高度的一致性。
[0072] 其中，光栅区长度Lg和取样长度Ls的比值为S = Lg/Ls，所述S与取样光栅梳状反射 谱的反射率成正比，其对应关系为：
[007；3] R(n) =1:anh2( I Kn I *N礼S) (I)
[0074] 其中，R(n)为n级反射峰的反射率，N为取样周期数，所述取样周期由一光栅区和一 光栅区间隔构成，其长度即取样长度Ls;Kn是n级反射峰的禪合系数，其求解式如下：
[0075]
(2)
[0076] 其中，Ko是均匀化栅的稱合《数。
[0077] 接下来将结合具体的光栅梳状反射谱和公式推导，阐述本发明实施例中，就每一 个分布式布拉格反射激光器对应生成多波长阵列激光器中的一指定波长的激光，则所述取 样长度值是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确定，其实现原理做具体分 析如下：
[0078] 所述取样长度值的设定，满足所述光栅区结构112自身的取样光栅梳状反射谱的1 级反射峰所处的波长和分布式布拉格反射激光器所要激射的波长相同。在本发明实施例 中，为了避免取样光栅梳状反射谱的0级反射峰与有源区结构增益峰相遇而发生激射，因 此，所选择的光栅周期保证取样光栅梳状反射谱的0级反射峰所在波长和对应的各分布式 布拉格反射激光器的有源区结构的增益峰波长相差至少50nm。
[0079] 如图6所示，为本发明实施例提供的一种光栅区结构112的取样光栅梳状反射谱的 1级反射峰和一种有源区产生并折射到所述光栅区结构112后的增益峰值曲线（如图6中虚 线所示)关系示意图。在经过诸多实验和理论研究后，得出如图6所述光栅梳状反射谱的0级 反射峰所处的波长位置，是由光栅区结构112中所生成的光栅的光栅周期A所决定。其关系 式满足A〇 = 2 Ang，其中，Ao光栅梳状反射谱的O级反射峰所处的波长，ng为光栅区结构112的 有效折射率。
[0080]本发明在【背景技术】中介绍了若采用不同的光栅周期来实现多波长阵列激光器，其 原理就是通过生成不同的光栅周期，使得各光栅周期决定的光栅梳状反射谱的0级反射峰 的波长和多波长阵列激光器所需激射的波长相对应，但是现有的采用不同的光栅周期来实 现多波长阵列激光器是无法在一次全息曝光过程中实现的，现有的技术手段是采用加工耗 时长，加工成本昂贵的电子束光刻的。在此研究基础上。进一步，研究发现光栅区结构112中 的取样长度Ls会对光栅梳状反射谱的0级反射峰和1级反射峰之间的距离A A产生直接影 响，如图7所示，其对应的关联关系如下式(3)所示：
[0081 ] A A = WV^gLs (3)
[0082] 其中，A0 = 2 Ang,A日光栅梳状反射谱的0级反射峰所处的波长、A为光栅周期、ng为 光栅区结构112的有效折射率、A A为光栅梳状反射谱中相邻能级的间隔距离，如图8所示， 给予了取样长度Ls与光栅梳状反射谱中相邻能级的间隔距离的关系示意图。基于上述特 性，本发明实施例通过满足所述光栅区结构112自身的取样光栅梳状反射谱的1级反射峰所 处的波长和分布式布拉格反射激光器所要激射的波长相同，确定所述取样长度Ls。在损失 了部分反射率的情况下（即将用于反射从有源区结构111产生的增益信号，从传统的0级调 整为1级，如图7所示），能够基于相同的光栅周期，提供不同波长的1级反射峰，从而实现多 波长阵列激光器所需实现的各波长激光。
[0083] 本发明实施例所提供的所述多波长阵列激光器，在实现过程中，尤其是根据公式 (3)相关参数制造分布式布拉格反射激光器的光栅区结构112时候，未必能够达到预期精确 度，因此，为了进一步克服上述问题，结合本发明实施例还存在一种可实现方案：
[0084] 所述有源区结构111和光栅区结构112分别设置有电极；
[0085] 其中，有源区结构111上的电极用于有源区的电流注入，光栅区结构112上电极用 于对波导进行电流注入或者通过加热的方式改变光栅区波导的有效折射率。
[0086] 在本发明实施例所提出的多波长阵列激光器中，为了能够达到各波长上的激光强 度的一致性，则通常要求各分布式布拉格反射激光器的取样光栅梳状反射谱之间的1级反 射峰相差的反射率小于5%。即要求不同分布式布拉格反射激光器的1级反射峰的反射率拥 有较好的一致性，从而才能为最终产生的激光强度能够满足一致性要求提供保证。
[0087] 实施例2:
[0088] 本发明实施例1介绍了一种多波长阵列激光器，并通过结合【背景技术】中阐述的技 术问题的方式，从原理上分析了本发明所提出的一种多波长阵列激光器的可实现性，W及 就实现过程中可能遇到的问题和可优化的方面进行了部分阐述。本发明实施例2是在上述 实施例1基础上，就其最后提到的未必能够达到预期精确度情况，在研究得到通过给光栅区 结构中的电极供电情况下，能够改变光栅区结构整体的有效折射率，从而在可控范围内调 整光栅梳状反射谱各反射峰在小范围内完成平移。因此，提供另一种可实现方案，相较前者 在有源区结构111和光栅区结构112分别设置有电极的方式，本实施例所提出的方案能够实 现更灵活的调控，如图9所示，具体阐述如下：
[0089] 在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源区结构111和光栅区结构112 之间，还包括相位区结构113，具体的：
[0090] 所述有源区结构111、相位区结构113W及光栅区结构112依序纵向相连，各区结构 分别设置有电极（1111、1131和1121);
[0091] 其中，有源区结构111上的电极用于有源区的电流注入，相位区结构上电极及光栅 区结构112上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 波导的有效折射率。
[0092] 由于本发明实施例2仅从实现精度上考虑，就实施例1所提供的方案基础上，提出 了一种可扩展的方案。本实施例所述结构同样可W和实施例1中所描述的各细化的技术手 段结合实现，在此不一一寶述。
[OOW] 实施例3:
[0094] 在实施例1提供了一种多波长阵列激光器的基础上，本发明还提供了实施例3: - 种多波长阵列激光器的制造方法，所述制造方法可用于制造如实施例1或者实施例2所述的 多波长阵列激光器，如图10所示，所述制造方法包括W下执行步骤：
[0095] 在步骤201中，在晶圆上对用于制作多波长阵列激光器的各分布式布拉格反射激 光器的有源区结构部分和/或相位区结构部分进行掩膜处理，并利用全息曝光法在光栅区 结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅区；其中，各分布式布拉格反射激光器中各光栅区 的间隔根据所要激射的波长设定；
[0096] 在步骤202中，在所述有源区结构部分生长完成有源区结构，在所述已完成光栅区 制作的光栅区结构部分生长完成光栅区结构和/或在相位区结构部分生长完成相位区结 构。
[0097] 在本发明实施例中，所述有源区结构可W是设计成相同结构的，也可W采用能够 产生不同增益信号的结构，从而提高所述多波长阵列激光器的光谱覆盖范围。可W根据具 体需求，做出相应调整。
[0098] 在本发明实施例中，通过在相同光栅周期前提下，设定不同的取样长度(所述取样 长度由光栅区长度和光栅区间隔长度构成），使得不同DBR激光器的激射波长不同，实现低 成本的多波长阵列激光器，并且多波长的覆盖范围可W远大于单个DBR激光器的调谐范围。 通过发明中取样光栅设计及有源区设计，可W使得激光器阵列中各个激光器性能具备高度 的一致性。
[0099] 在本发明实施例中，尤其是步骤201中的所述利用全息曝光法在光栅区结构部分 刻蚀具有相同光栅周期的光栅区，具体多种具体的实现方式，具体阐述如下：
[0100] 方式一：
[0101] 各分布式布拉格反射激光器的有源区结构部分和/或相位区结构部分的掩膜处理 的过程，和光栅区结构部分的掩膜处理过程同时进行;其中，对于光栅区结构部分的掩膜处 理过程具体为遮掩住非光栅区，而露出待制作成光栅区部分。则所述利用全息曝光法在光 栅区结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅区，具体为：
[0102] 设置全息曝光的光栅周期为指定值A，对所述光栅区结构部分进行全息曝光。在 完成所述全息曝光，刻蚀后便可除去各自的掩膜，并执行步骤202。其中，光栅区结构部分的 掩膜处理过程相比较有源区结构部分和/或相位区结构部分的掩膜处理，还可W是相对独 立完成的，因为有源区结构部分和/或相位区结构部分的掩膜处理仅需要完全遮掩即可，而 对于光栅区结构部分的掩膜则需要有选择性的达到指定精度的区域性遮掩，其工序和方式 相对于全遮掩来说，在使用掩膜材料或者掩膜步骤具有较大差别时，独立完成有其存在的 优势。
[0103] 方式二：
[0104] 对于完成所述完成有源区结构部分和/或相位区结构部分的掩膜处理后的晶圆， 进行指定光栅周期为A的第一轮全息曝光；
[0105] 对于各分布式布拉格反射激光器的光栅区结构部分利用光刻版进行掩蔽，并进行 第二轮普通光刻曝光，从而完成光栅区结构部分中非光栅区的过曝光;然后进行显影，刻蚀 后即形成取样光栅。进一步完成步骤202。
[0106] 在本发明实施例实现过程中，要完成全息曝光的过程，通常需要确定该制造方法 所要生产的多波长阵列激光器所包含的各布式布拉格反射激光器的激光波长、，其中i为 对应各布式布拉格反射激光器的序号，i G [ 1，n]，n为自然数，则根据公式：
[0107] Lsi = Ao^aig I人01 (4)
[0108] 求解得到取样长度值，其中，Ao为光栅梳状反射谱的0级反射峰的波长;所述取样 长度值是根据各布式布拉格反射激光器中光栅区长度值和光栅区之间间隔值求和得到；
[0109] 按照所述取样长度值Lsi,生成用于所述非光栅区掩膜处理的掩膜。
[0110] 为了减少因为制造精确度所带来的生产设备成本的提高，结合本发明实施例，存 在一种可扩展的实现方案，具体在步骤202后还包括如下步骤：
[0111] 在步骤203中，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述相位区结构和/或 光栅区结构的电极接触层设置有电极；
[0112] 其中，相位区结构上电极及光栅区结构上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有效折射率。
[0"引实施例4:
[0114] 在实施例3所提供的一种多波长阵列激光器的制造方法基础上，本发明实施例将 结合一套具体可行参数，阐述如何利用实施例3所述的方法来完成多波长阵列激光器的制 造。在本实施例中，各布式布拉格反射激光器可产生不同波长的增益信号，假设本发明实施 例中构成多波长阵列激光器的在构成多波长阵列激光器的各布式布拉格反射激光器的个 数n 为 10,且激射波长包括 1510nm，1520nm，1530nm，1540nm，1550nm，1560nm，1570nm，1580， 1590nm，ieOOnm时，设置光栅区结构的静态工作状态下其有效折射率为3.4，在本发明实施 例中采用了实施例3中的方式一，所述方法还包括：
[0115] 设置全息曝光的光栅周期A为242nm，则Ad为1650皿，参考公式：
[0116] Lsi =、)^&ig I人01 (4)
[0117] 求解得到各激射波长所对应的取样长度为2.86um、3.08um、3.34um、3.64胆、 4.00um>4.45um>5.00um>5.72um>6.67um>8.01um；
[0118] 按照所述取样长度值，生成用于所述非光栅区掩膜处理的掩膜。
[0119] 例如2.86皿求解过程为，将1510带入公式(4)如下：
[0120] Lsi= (1650)^/( 1650-1510)/2/3.4 = 2.86皿。
[01別]在此计算参数基础上，依据实施例3完成包含1510nm，1520nm，1530nm，1540nm， 1550nm，1560nm，1570nm，1580，1590nm，ieOOnm各激射波长的多波长阵列激光器的制造方 法，如图11所示，具体包括W下步骤：
[0122] 在步骤301中，在晶圆上对用于制作多波长阵列激光器的各分布式布拉格反射激 光器的有源区结构部分和/或相位区结构部分进行掩膜处理，其中，对于各分布式布拉格反 射激光器的光栅区结构部分按照2.86um、3.08um、3.34um、3.64um、4.00um、4.45um、5. OOum、 5.72um、6.67um、8. Olum的取样周期(其参数值对应取样长度)设置掩膜。
[0123] 在步骤302中，设置用全息曝光的参数值，使得全息曝光能够在光栅区结构部分形 成具有光栅周期为242nm的一个或者多个光栅区图样，刻蚀后形成光栅图形。
[0124] 在步骤303中，去除上述掩膜；
[0125] 在步骤304中，在所述有源区结构部分生长完成有源区结构，在所述已完成光栅区 制作的光栅区结构部分生长完成光栅区结构和/或在相位区结构部分生长完成相位区结 构。其中，各区结构的生长方式可W使用现有技术完成，在此不一一寶述。
[0126] 在步骤305中，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述相位区结构和/或 光栅区结构的电极接触层设置有电极。
[0127] 其中，相位区结构上电极及光栅区结构上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有效折射率。
[0128] 如图12所示，为利用本发明实施例所提供参数生产出的多波长阵列激光器所激射 的光谱示意图。
[0129] 在本发明优选实现方案中，提供了一种多波长阵列激光器，在设置多个拥有不同 增益信号的DBR激光器有源区（该有源区产生的增益信号波长覆盖90nm波长范围）的基础 上，能够实现激射波长在90nm波长范围覆盖的多波长阵列激光器，相比较现有技术中就起 始波长不同的DBR激光器使用不同周期的光栅，实现多波长激光器的方案，在保证了激射波 长覆盖范围的基础上，降低了生产成本，提高了生产效率。
[0。0] 实施例5:
[0131] 上述实施例1-2提供了多波长阵列激光器的结构特性，并在实施例3-4中提供了多 波长阵列激光器的制造方法。作为本发明的组成部分，将在本实施例5中给予一种多波长阵 列激光器的使用方法，所述使用方法基于上述实施例1或实施例2任一所述的多波长阵列激 光器，其中，各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源区结构和光栅区结构的电极接触 层分别设置有电极，如图13所示，包括：
[0132] 在步骤401中，给各分布式布拉格反射激光器的有源区结构的电极供电。
[0133] 在步骤402中，根据多波长阵列激光器中各分布式布拉格反射激光器所需产生的 波长值，给各分布式布拉格反射激光器光栅区结构的电极提供符合其有效折射率需求的电 流。
[0134] 在本发明实施例中，通过在相同光栅周期前提下，设定不同的取样长度(所述取样 长度由光栅区长度和光栅区间隔长度构成），使得不同DBR激光器的激射波长不同，实现低 成本的多波长阵列激光器，并且多波长的覆盖范围可W远大于单个DBR激光器的调谐范围。 通过发明中取样光栅设计及有源区设计，可W使得激光器阵列中各个激光器性能具备高度 的一致性。
[0135] 本发明实施例在实现过程中，所述步骤402给出了 "给各分布式布拉格反射激光器 光栅区结构的电极提供符合其有效折射率需求的电流"的方法，然而，该方式多属于一种静 态的调整方式。其目的是为了能够实现公式：
[0136] AA=(2ngA )2/2ngLs (5)
[0137] 人〇 = 2ngA (6)
[0138] 获取相应取样光栅梳状反射谱的I级反射峰与0级反射峰的预设峰值间距需求。然 而，实际情况则是可能因为光栅制作精确度、分布式布拉格反射激光器工作时产生的溫度 等等，对光栅区结构工作的稳定性造成影响，因此，对于多波长阵列激光器中各分布式布拉 格反射激光器，如果还设置有针对产生的各激射波长的检测装置，则所述使用方法还包括：
[0139] 在步骤403中，在检测到其中一分布式布拉格反射激光器的激射波长的波动超过 预设阔值时，根据公式(5)(6)的对应关系，调整相应分布式布拉格反射激光器光栅区结构 的电极供电。如图14所示，为本发明实施例提供的波长矫正原理图。
[0140] 值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内 容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中 的叙述，此处不再寶述。
[0141] 本领域普通技术人员可W理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可W通 过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可W存储于一计算机可读存储介质中，存储介质 可W包括：只读存储器（ROM,Read Only Memo巧）、随机存取存储器（RAM,Random Access Memory)、磁盘或光盘等。
[0142] W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种多波长阵列激光器，包括至少两个分布式布拉格反射激光器，每一个分布式布 拉格反射激光器包括有源区结构和光栅区结构，其特征在于： 每一个分布式布拉格反射激光器的光栅区结构包括一个或者多个光栅区，各光栅区相 隔指定长度； 其中，米用具有相同光栅周期的光栅构成各分布式布拉格反射激光器中的光栅区； 在各分布式布拉格反射激光器中，由各自的一光栅区长度和相应光栅区相隔的一指定 长度所构成的取样长度值，是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确定。2. 根据权利要求1所述的多波长阵列激光器，其特征在于，每一个分布式布拉格反射激 光器对应生成多波长阵列激光器中的一指定波长的激光，则所述取样长度值是根据该分布 式布拉格反射激光器所要激射的波长所确定，具体包括： 所述取样长度值的设定，满足所述光栅区结构自身的取样光栅梳状反射谱的1级反射 峰或-1级反射峰所处的波长，和分布式布拉格反射激光器所要激射的波长相同。3. 根据权利要求1所述的多波长阵列激光器，其特征在于，在所述各分布式布拉格反射 激光器中，位于所述有源区结构和光栅区结构之间，还包括相位区结构，具体的： 所述有源区结构、相位区结构以及光栅区结构依序纵向相连，各区结构分别设置有电 极； 其中，有源区结构上的电极用于有源区的电流注入，相位区结构上电极及光栅区结构 上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有 效折射率。4. 根据权利要求1-3任一所述的多波长阵列激光器，其特征在于，所述各分布式布拉格 反射激光器的取样光栅梳状反射谱之间的1级反射峰的反射率小于5%，或者取样光栅梳状 反射谱之间的-1级反射峰的反射率小于5%。5. -种多波长阵列激光器的制造方法，其特征在于，包括： 在晶圆上对用于制作多波长阵列激光器的各分布式布拉格反射激光器的有源区结构 部分和/或相位区结构部分进行掩膜处理，并利用全息曝光法在光栅区结构部分刻蚀具有 相同光栅周期的光栅区；其中，各分布式布拉格反射激光器中各光栅区的间隔根据所要激 射的波长设定； 在所述有源区结构部分生长完成有源区结构，在所述已完成光栅区制作的光栅区结构 部分生长完成光栅区结构和/或在相位区结构部分生长完成相位区结构。6. 根据权利要求5所述的多波长阵列激光器的制造方法，其特征在于，所述利用全息曝 光法在光栅区结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅区，具体包括： 将光栅区结构部分对于非光栅区进行掩膜处理；设置全息曝光的光栅周期为指定值 Λ，对所述光栅区结构部分进行全息曝光;或者， 设置全息曝光的光栅周期为指定值Λ，对所述光栅区结构部分进行全息曝光，用光刻 版进行光刻掩蔽，在光栅区非掩蔽部分利用光刻机进行二次过曝光。7. 根据权利要求6所述的多波长阵列激光器的制造方法，其特征在于，确定所述多波长 阵列激光器所包含的各布式布拉格反射激光器的激光波长h，其中i为对应各布式布拉格 反射激光器的序号，则根据公式： Lsi - λ.〇 /2llg I λ·?-λ〇 求解得到取样长度值，其中，其中，A〇 = 2Ang、Λ为光栅周期、λ〇为光栅梳状反射谱的Ο 级反射峰的波长;所述取样长度值是根据各布式布拉格反射激光器中光栅区长度值和光栅 区之间间隔值求和得到； 按照所述取样长度值LS1，生成用于所述非光栅区掩膜处理的掩膜。8. 根据权利要求7所述的多波长阵列激光器的制造方法，其特征在于，在构成多波长阵 列激光器的各布式布拉格反射激光器的个数η为10，且激射波长包括1510nm，1520nm， 1530nm，1540nm，1550nm，1560nm，1570nm，1580,1590nm，1600nm 时，设置光栅区结构的静态 工作状态下其有效折射率为3.4，所述方法还包括： 设置全息曝光的光栅周期Λ为242nm，则λ〇为1650nm，参考公式： Lsi - λ.〇 /2llg I λ·?-λ〇 求解得到各激射波长所对应的取样长度为2 · 86um、3 · 08um、3 · 34um、3 · 64um、4 · OOum、 4.45um、5·00um、5·72um、6·67um、8·Olum; 按照所述取样长度值，生成用于所述非光栅区掩膜处理的掩膜。9. 根据权利要求5-8任一所述的多波长阵列激光器的制造方法，其特征在于，在所述各 分布式布拉格反射激光器中，位于所述相位区结构和/或光栅区结构的电极接触层设置有 电极； 其中，相位区结构上电极及光栅区结构上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有效折射率。10. -种多波长阵列激光器的使用方法，其特征在于，所述使用方法基于上述权利要求 1-4任一所述的多波长阵列激光器，其中，各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源区 结构和光栅区结构的电极接触层分别设置有电极，所述包括： 给各分布式布拉格反射激光器的有源区结构的电极供电； 根据多波长阵列激光器中各分布式布拉格反射激光器所需产生的波长值，给各分布式 布拉格反射激光器光栅区结构的电极提供符合其有效折射率需求的电流。
【文档编号】H01S5/125GK106099639SQ201610740283
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月26日
【发明人】赵建宜, 王任凡, 张明洋
【申请人】武汉光迅科技股份有限公司, 武汉电信器件有限公司