一种基于耦合器的硅基异质集成可调谐激光器的制造方法

文档序号:10212635阅读:558来源:国知局
一种基于耦合器的硅基异质集成可调谐激光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及半导体激光器,尤其设及一种基于禪合器的娃基异质集成可调谐 激光器。
【背景技术】
[0002] 可调谐激光器由于它很强的相干性,运几年在光电子器件领域都得到了相当高的 关注,在波分复用、光交互联、光路由、光调制、波长转换等方面有广泛应用。而相对于其他 的例如基于分布式布拉格反射(DBR)的可调谐激光器需要制作光栅或者反射镜等反馈结构 提供反射机制,环形谐振腔结构紧凑,具有尖锐的滤波峰,因此一经提出,就作为理想的选 模结构应用到很多半导体激光器结构中。
[0003] 传统的单个环形谐振腔禪合半导体激光器利用环形谐振腔尖锐的滤波特性来提 高激光器的边模抑制比,线宽和调嗽特性。单环禪合的半导体激光器为了维持单模工作,通 常需要把环形谐振腔的弯曲半径做的比较小来扩大环形谐振腔的自由光谱范围(FSR),如 Seoijin Park等人在他们的文章"Single-Mode Lasing Operation Using a Microring Resonator as a Wavelength Selector",IEEE J.Quantum Electron,Vol.38,pp270~ 273,2002中制作了直径为5~20μπι的环形谐振器,其最大自由光谱范围为42nm,W足够大的 自由光谱范围来保证激光器的单模工作。但小的弯曲半径也会引入较大的波导弯曲损耗, 与此同时,小直径环形谐振腔的禪合器的设计与制作也有很大的困难,通常需要使用电子 束光刻技术来制作相应禪合比的方向禪合器。
[0004] 最近,基于半波禪合器的单环谐振腔禪合的半导体激光器受到很多的关注,如Lin Wu等人在他们的文章 "Double 化If-Wave-Coupled Rectangular I?ing-FP Laser with 35 XlOOGHz Wavelength Tuning"陆otonics Technology Letters28626-2014.R中利用两个 串联的有源环形谐振腔和主增益有源谐振腔通过两个半波禪合器进行禪合来实现激光器 的选模,并在1549.4nm~1576.7nm的范围内实现了无跳模调谐,并且最大的边模抑制比达 到了41化。双环谐振腔禪合的方式使对环形谐振腔半径的限制大大放宽,双环的游标效应 还能增加激光器的边模抑制比,并能进一步利用游标效应扩大激光器的调谐范围。但是,双 环谐振腔禪合半导体激光器的反射镜侧面要求较高,制作工艺复杂,同时对于多模干设禪 合器结构来实现半波禪合器对于间隔和长度的影响非常敏感,运对于激光器的工艺制作要 求和难度非常大,大大降低了成品率。 【实用新型内容】
[000引针对现有技术的不足,本实用新型的目的在于提供一种基于禪合器的娃基异质集 成可调谐激光器。
[0006] 为了达到上述发明目的,本实用新型采用的技术方案有W下Ξ种:
[0007] -、第一种基于禪合器的娃基异质集成可调谐激光器
[0008] 本实用新型包括内部带有增益区的有源谐振腔,无源选模腔;无源选模腔内的模 斑转换器的一端与内部带有增益区的有源谐振腔连接;无源选模腔,包括传输波导,η相位 禪合器和无源环形谐振腔;η相禪合器有四个端口,第一端口经第二调谐区与第一反射镜连 接,第二端口经传输波导与模斑转换器的另一端连接;第Ξ端口第四端口分别与无源环形 谐振腔连接,无源环形谐振腔内有第一调谐区;第一调谐区的光程占无源环形谐振腔的总 光程的比例和第二调谐区的光程占内部带有增益区的有源谐振腔和无源选模腔内的传输 波导的总光程的比例相等。
[0009] 二、第二种基于禪合器的娃基异质集成可调谐激光器
[0010] 本实用新型包括内部带有增益区的有源谐振腔,无源选模腔;无源选模腔内的模 斑转换器的一端与内部带有增益区的有源谐振腔连接;无源选模腔,包括传输波导,η相位 禪合器,V2相位禪合器和两个无源环形谐振腔;V2相位禪合器有四个端口,第一端口经第 二调谐区与第一反射镜连接,第二端口经传输波导与模斑转换器的另一端连接;第Ξ端口 第四端口分别与第一无源环形谐振腔连接,第一无源环形谐振腔内有第一调谐区;η相位禪 合器有四个端口,第一端口和第二端口分别与第一无源环形谐振腔连接,第Ξ端口第四端 口分别与第二无源环形谐振腔连接,第二无源环形谐振腔内有第一调谐区;两个第一调谐 区的光程占各自无源环形谐振腔的总光程的比例和第二调谐区的光程占内部带有增益区 的有源谐振腔和无源选模腔内的传输波导的总光程的比例相等。
[0011] Ξ、第Ξ种基于禪合器的娃基异质集成可调谐激光器
[0012] 本实用新型包括内部带有增益区的有源谐振腔,无源选模腔;无源选模腔内的模 斑转换器的一端与内部带有增益区的有源谐振腔连接;无源选模腔,包括传输波导,两个η 相禪合器和两个无源环形谐振腔;两个η相禪合器均有四个端口,第一31相禪合器的第一端 口经第二调谐区与第一反射镜连接,第二端口经传输波导与第二η相禪合器的第一端口连 接,第Ξ端口第四端口分别与第一无源环形谐振腔连接,第一无源环形谐振腔内有第一调 谐区;第二η相禪合器的第二端口经传输波导与模斑转换器的另一端连接;第Ξ端口第四端 口分别与第二无源环形谐振腔连接,第二无源环形谐振腔内有第一调谐区;两个第一调谐 区的光程占各自无源环形谐振腔的总光程的比例和第二调谐区的光程占内部带有增益区 的有源谐振腔和无源选模腔内的传输波导的总光程的比例相等。
[0013] W上Ξ种基于禪合器的娃基异质集成可调谐激光器,所述内部带有增益区的有源 谐振腔是环形谐振腔或法布里-巧罗谐振腔,是基于有源量子阱材料,输出ΤΕ模,通过倒装 焊接或键合将增益忍片异质集成到基于SOI材料的无源选模腔上;所述第一调谐区和第二 调谐区通过各自电极正向注入电流或施加反向电压实现电调谐,或通过锻上儀铭合金并注 入正向电流来实现热调谐;所述η相位禪合器,由Ξ根由等间距排列的波导构成,或多模干 设禪合器来实现。
[0014] 所述模斑转换器,采用渐变波导宽度的模形波导结构,能实现有源量子阱波导和 无源SOI波导的模斑匹配。
[0015] 本实用新型与【背景技术】相比,具有的有益效果是:
[0016] 本实用新型需要单个或多个环形谐振腔配合一个有源谐振腔来实现半导体激光 器的单模工作,其中:采用的π相位禪合器,相比较W往的V2相位禪合器具有很强的选模特 性,从而使激光器的各个性能得到提升;采用的半波禪合器由于采用SOI材料,理论上可W 获得完美的η相位,性能和效果都可W达到最好,而且制作工艺也相对简单,并且容差也很 大;采用的无源SOI选模腔既可W做在有源谐振腔内也可W做在腔外,运在设计上可W获得 更大的自由度;采用的无源SOI环形谐振腔的直径大小不受限制,尺寸大大减少,简化了制 作工艺;采用的无源SOI环形谐振腔既可W并联也可W串联多个环来寻求更优的性能,W及 更大的调谐范围;采用的模斑
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