专利名称：可调谐半导体激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及可调谐是半导体激光器技术领域，尤其涉及一种基于等效啁啾技术的 可调谐半导体激光器的制作方法。
背景技术：
可调谐激光器是光通信网络与系统的关键器件。可调谐激光器可以用来组成可调 谐发射模块，减少固定激光器的个数，作为主激光器的备份，提高网络的灵活性，提高网络 的保护和恢复能力，降低网络成本。可调谐激光器在多波长光标记、光突发交换网络和光网 络业务疏导等方面也有很好的应用。此外，使用可调谐激光器可以降低光纤通信系统的网 络成本，提高网络传输质量。可调谐激光器在传感测量方面有广泛的市场前景，适用于大气 监测、外插传感、光谱测量等领域，可以提高光电检测系统的工作性能和测量精度，提高系 统的反应速度和灵敏度，降低系统的成本。目前，有许多结构不同、工作机理各异的可调谐激光器。其中，布拉格反射镜型的 可调谐半导体激光器具有连续调谐范围大、调节速度非常快、采用先有生产工艺等优点，是 目前商用化最好的一个品种。除已开发的多电极和梳状电极布拉格反射镜可调谐半导体 激光器之外，又开发了几种基于布拉格反射镜结构的宽带可调谐激光器(40信道，50GHz间 隔)，主要有基于超结构衍射光栅结构的可调谐半导体激光器(SSG-DBR)、基于取样光栅结 构的可调谐半导体激光器(SG-DBR)、基于取样光栅耦合器反射器的可调谐半导体激光器 (GCSR)等。他们的连续调谐范围都大于40nm，最大可达lOOnm。其中，SG-DBI^P SSG-DBR很 容易与调制器集成，而采用不等间隔啁啾光栅的超结构光栅(SSG-DBR)内腔多电极结构的 可调谐半导体激光器，结构简单，可实现IOOnm以上宽波长调谐。用于100个信道的SG-DBR 基宽可调谐激光器已成熟，能发出比市场上出售的激光器更高的功率，并且能发送100个 信道中的任意一路。可见，基于布拉格光栅的可调谐半导体激光器是实用性很强，市场前景 很好的一种可调谐激光器。基于布拉格光栅的可调谐半导体激光器的结构一般可以如
图1所示，由前反射光 栅、增益区、相位区、以及后反射光栅四部分组成。激光器的增益区用来为激光提供增益介 质和能量，前、后反射光栅为激光提供反馈，相位区用来调节光程，使激光器满足相位阈值 条件。所设计的反射光栅的反射谱如图2和图3所示，需要具有梳状结构，且前后反射光 栅反射谱的反射峰的间距有微小的差别，平移其中一个光栅的反射谱使得它的任意一个反 射峰与另一个光栅的任意反射峰重合时，这个光栅的其余反射峰都无法与另一个光栅的反 射峰重合。这种结构造成了所谓的游标卡尺效应。基于布拉格光栅的可调谐半导体激光器实现可调谐的原理是向前后反射光栅区 注入电流，使得光栅区内载流子浓度改变；载流子浓度的改变进一步引起光栅区折射率变 化，导致反射光栅的反射谱漂移。用电流控制前后反射光栅的反射谱移动，使前后反射光栅 有一个反射峰重合。此时，在激光器增益区的增益谱线范围内，重合的反射峰对应的波长
3在腔内往返一周损耗最小。而其他波长的光由于反射光栅反射谱的游标卡尺效应反射较 弱，所以大部分能量都透射出腔外，导致腔内损耗非常大。这样，由于损耗较小，重合的反射 峰处的波长可以产生激光，而其他波长处无法产生激光。通过电流调节反射谱的示意如图 4(a)-4(b)所示，图4(a)是两个反射光栅都不通电流的情况，这是只有中间1550nm的反射 峰对准，其他都错开，所以激射的激光波长为1550nm ；图4(b)表示向前反射光栅注入电流 ImA而后反射光栅不注入电流时，前反射光栅反射谱移动(实线)，这时对准的反射峰是在 1557附近，所以这个波长的光激射产生激光。基于布拉格光栅的可调谐半导体激光器的关键是设计和制作反射光栅。因为光栅 的设计直接决定了激光器的调谐范围、边模抑制比、以及波长变化时的功率抖动等参数。而 且，制作光栅的工艺决定了整个激光器的制作成本和成品率。基于布拉格光栅的可调谐半导体激光器对反射光栅的要求是梳状反射谱的峰值 尽可能相等，以保证调节光栅区电流引起反射谱移动时输出光波的功率保持一定而不会发 生很大的变化；而且反射峰以外的部分反射率要尽可能低，以使输出激光有较高边模抑制 比。这是对所有反射光栅的要求，也是S2中要设计的相位光栅要达到的目的。数字级联光栅(DCG，Digital Concatenated Grating)是一种可以满足上述要求 的光栅设计方法。DCG由M(M为所要设计的梳状反射谱的反射峰的数目)个取样光栅构成， 如图5(a)所示，这些子光栅的反射谱在频谱上相距较远且满足叠印效应，可以线性叠加成 一个顶部包络平坦的光谱，如图5(b)所示。在空间上，如图6所示，DCG由M段取样周期、 占空比都相同的取样光栅级联起来，在DCG中没有啁啾也没有折射率调制为0的区域，相邻 两个子光栅交界处的相位是0。所设计的光栅参数满足下面的式子
权利要求
1.一种可调谐半导体激光器的制作方法，其特征在于，该方法包括步骤51.构造只含相位调制、没有幅度调制、且具有目标反射光谱的相位光栅Ans(Z),作为 种子光栅；52.根据等效啁啾法，构造光栅Δη (ζ)，使得Δ η (ζ)的_1级子光栅对应于步骤Sl所 得到的相位光栅Ans(Z)；53.以步骤S2得到的光栅Δη(ζ)作为反射光栅制作激光器。
2.如权利要求1所述的可调谐半导体激光器的制作方法，其特征在于，步骤Sl中，所述 种子光栅有2Ν+1个反射峰，每个反射峰反射率相等，相邻反射峰之间频谱间隔相等，构造 所述相位光栅的方法为设所述相位光栅为 其中，As为该相位光栅的调制周期，C. C为复数共轭，一ζ)是以Pci为周期的相位调制函 数，且其傅里叶变换为
3.如权利要求2所述的可调谐半导体激光器的制作方法，其特征在于，所述光栅 Δ η (ζ)的折射率调制函数为
全文摘要
本发明公开了一种可调谐半导体激光器的制作方法，该方法包括步骤S1.构造只含相位调制、没有幅度调制、且具有目标反射光谱的相位光栅ΔnS(z)，作为种子光栅；S2.根据等效啁啾法，构造光栅Δn(z)，使得Δn(z)的-1级子光栅对应于步骤S1所得到的相位光栅ΔnS(z)；S3.以步骤S2得到的光栅Δn(z)作为反射光栅制作激光器。依照本发明的方法制作的激光器制作成本低，制备时间短，且生产效率以及制作的激光器性能均很高。
文档编号H01S5/125GK102074892SQ20101058371
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者伍剑, 徐坤, 戴一堂, 李岩, 林金桐, 闫励 申请人:北京邮电大学