专利名称：一种利用全内反射多边形谐振腔选模的半导体激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体激光器，尤其是涉及ー种利用全内反射多边形谐振腔选模的半导体激光器。
背景技术：
可调谐半导体激光器具有结构紧凑、集成度高、寿命长以及易于大量生产等优点，在干涉测量学和光通信等领域应用价值非常大。其中，无跳模可调谐的激光器光源对于干涉测量学尤其重要，測量中光源模式的跳跃，将会对被探測量的測量精度产生较大的影响，比如測量距离时，激光器光源跳模会降低测量的空间分辨率。对于无跳模调谐而言，当激射 波长受某一波长选择因素影响而被调谐时，必须同步调整主谐振腔的光程长度来实现无跳模调谐。比如对于基于分布式布拉格反射(DBR)的无跳模激光器而言，当DBR区域的反射谱发生变化时，就必须同步改变注入电流来实现主谐振腔光程的相应改变。目前所提出的无跳模可调谐激光器一般都是从分布反馈(DFB)或者分布式布拉格反射(DBR)激光器的基础上发展而来，如图I所示就是ー种基于DBR激光器的无跳模可调谐激光器，该结构实现了 4. 6nm的无跳模调谐,被报道在“A tunable inter-digitalelectrode (TIhノ DBR laser for single-current continuous tuning，，， IEEE Photon.Technol. Lett.，Vol. 7 (11)，ppl246_1248，1995。这种无跳模调谐的半导体激光器由DBR区域、相位匹配区和有源増益区组成，DBR区域上的电极使用交错的指型电极，其中一部分与相位区电极相连，这样通过调节该电极上的注入电流，便同步改变了 DBR区域的反射谱和主谐振腔的谐振波长，从而实现了无跳模调谐。当然这些以DFB或者DBR激光器为基础的无跳模激光器，由于需要制作光栅，エ艺相当复杂，成本也很高；而且ー些设计还是多电极协调进行调谐，也导致激光器的控制比较复杂。另外，光通信中，为了降低成本，可以进行数字式调谐的半导体激光器也十分重要，此类激光器既可以用来做备份光源又可以用来増加DWDM系统配置的灵活性以及健壮性，意义重大。
发明内容针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供ー种利用全内反射多边形谐振腔选模的半导体激光器。本实用新型采用的技术方案是技术方案I :本实用新型包括多边形谐振腔、有源FP谐振腔和耦合器；多边形谐振腔的所有顶点处均为深刻蚀全内反射面，耦合器的第一端ロ及第ニ端ロ串接在多边形谐振腔靠近有源FP谐振腔的一条边中，耦合器的第三端口和第四端ロ串接在有源FP谐振腔中，沿有源FP谐振腔方向，多边形谐振腔中对称设有波长调谐区，多边形谐振腔设置在有源FP谐振腔的一侦れ[0009]所述有源FP谐振腔中远离耦合器的部分设有有源増益区；多边形谐振腔中选取远离耦合器的部分对称设置第一波长调谐区，第一波长调谐区的长度占多边形谐振腔周长的比例与有源増益区长度占有源FP谐振腔总长度的比例相等；或者多边形谐振腔中选取远离耦合器的部分对称设置第二波长调谐区，第二波长调谐区的长度占多边形谐振腔周长的比例为30% 70%;耦合器、有源FP谐振腔中靠近耦合器的部分和多边形谐振腔靠近耦合器的部分一起作为第三波长调谐区。所述的多边形谐振腔与有源FP谐振腔长度差为2% 25%。技术方案2:本实用新型包括两个多边形谐振腔、有源FP谐振腔和两个耦合器；两个多边形谐振腔结构相同，多边形谐振腔的所有顶点处均为深刻蚀全内反射面；第一耦合器的第一端ロ及第ニ端ロ串接在第一多边形谐振腔靠近有源FP谐振腔的一条边中，第一耦合器的第 三端口和第四端ロ串接在有源FP谐振腔中；第二耦合器的第一端ロ及第ニ端ロ串接在第ニ多边形谐振腔靠近有源FP谐振腔的一条边中，第二耦合器的第三端口和第四端ロ串接在有源FP谐振腔中；沿有源FP谐振腔方向，第一多边形谐振腔中远离第一耦合器对称设有第五波长调谐区，同样第二多边形谐振腔中也远离第二耦合器对称设有第六波长调谐区；第一多边形谐振腔与第二多边形谐振腔分别设置在有源FP谐振腔的两侧。所述的第一多边形谐振腔与第二多边形谐振腔的周长相差为10% 40%。本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是本实用新型无需制作光柵，结构简単，由多边形谐振腔、有源FP谐振腔和耦合器组成，使得制作エ艺相对简単，降低了制作成本；调谐时由于利用了谐振腔之间的游标效应，増大了激光器的调谐范围；从调谐控制机制上来讲，本实用新型提出的激光器只需要单电极调谐，波长控制上也相对容易很多。这种利用全内反射多边形谐振腔选模的设计可以用来实现无跳模式调谐或者数字式调谐的半导体激光器。
图I是背景技术中基于分布式布拉格反射(DBR)激光器的无跳模可调谐激光器的结构示意图。图2是本实用新型第I个实施例的结构示意图。图3是第I个实施例中从耦合器第三端ロ到第四端ロ，三角形谐振腔的等效透过率t ( X )图。图4是第I个实施例中三角形谐振腔不同损耗情况下的増益阈值差与耦合器直通耦合系数之间的关系图。图5是第I个实施例中各个模式激射的増益阈值的示意图。图6是本实用新型第2个实施例的结构示意图。图7是本实用新型第3个实施例的结构示意图。图8是本实用新型第4个实施例的结构示意图。图9是第4个实施例中两个不同腔长的三角形谐振腔的等效透过率示意图。图10是第4个实施例中两个不同腔长的三角形谐振腔的等效透过率乘积的示意图。[0026]图中1、三角形谐振腔，2、有源FP谐振腔，3、耦合器4、矩形谐振腔，5、第一耦合器，5’、第二耦合器，6、第一三角形谐振腔，6’、第二三角形谐振腔，11、三角形谐振腔的底边，12、第一波长调谐区，12’、第二波长调谐区，21、有源増益区31、耦合器的第一端ロ，32、耦合器的第二端ロ，33、耦合器的第三端ロ，34、耦合器的第四端ロ，41、第四波长调谐区，51、第一稱合器的第一端ロ，52第一稱合器的第二端ロ，53、第一稱合器的第三端ロ，54、第一率禹合器的第四端ロ，51’、第二稱合器的第一端ロ，52’第二稱合器的第二端ロ，53’、第二耦合器的第三端ロ，54’、第二耦合器的第四端ロ，61、第一三角形谐振腔的底边，61’第二三角形谐振腔的底边，62、第五波长调谐区，62’、第六波长调谐区。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进ー步的说明。图2是本实用新型利用全内反射多边形谐振腔选模的半导体激光器的第I个实施例。本实用新型包括三角形谐振腔I、有源FP谐振腔2和耦合器3 ;三角形谐振腔I的三个顶点均为深刻蚀全内反射面，耦合器3的第一端ロ 31及第ニ端ロ 32串接在三角形谐振腔I的底边11中，耦合器3的第三端ロ 33和第四端ロ 34串接在有源FP谐振腔2中，三角形谐振腔I设置在有源FP谐振腔2的ー侧，三角形谐振腔I的两腰中均对称设有波长调谐区。所述多边形谐振腔在本实施例中选用三角形谐振腔1，制作时三角形谐振腔的每个边都和有源FP谐振腔2 —样采用浅刻蚀エ艺。所述有源FP谐振腔2中远离耦合器3的部分设有有源増益区21，三角形谐振腔I的两腰中选取远离底边11的部分对称设置第一波长调谐区12，第一波长调谐区12的长度占三角形谐振腔I周长的比例与有源増益区21长度占有源FP谐振腔2总长度的比例相等；耦合器3、有源FP谐振腔2中靠近耦合器3的部分、三角形谐振腔I的两腰中靠近底边的部分以及三角形谐振腔I的底边11 一起作为第三波长调谐区。所述三角形谐振腔I与有源FP谐振腔2之间通过耦合器3相互耦合，产生模式选择，实现激光器单模工作，实际上三角形谐振腔I在这里就是充当一个滤波器，对有源FP谐振腔2中振荡的纵模进行选择过滤，得到设计所需要的纵模。设从耦合器3第三端ロ 33到第四端ロ 34，三角形谐振腔的等效透过率为t(入)，
_]棒 Uf::一⑴其中C和C'分别为耦合器3的直通耦合系数和交叉耦合系数，Ltr为三角形谐振腔I的长度，幅度d = VlO^TlO，Y tr为三角形谐振腔I损耗的DB数，折射率近似都取为n，等效透过率的谱图见附图3，从图中可以看出三角形谐振腔I有明显的滤波效果，而且三角形谐振腔I的损耗越小，三角形谐振腔I的选模效果就越好。另外，对于耦合器，选择C和C'的相位差为180度的整数倍吋，即耦合器满足半波耦合器条件时，激光器会得到一个较好的特性。三角形谐振腔I的谐振条件为nnLn+n12L12 = In1 A (2)其中L11和L12分别为第一波长调谐区12的长度和第三波长调谐区在三角形谐振腔I中的长度，nn和n12为相应区域的折射率。[0038](2)式中波长\对折射率n12求导数，可以得到三角形谐振腔I谐振波长随折射率n12变化而变化的调谐速率为
权利要求1.ー种利用全内反射多边形谐振腔选模的半导体激光器，其特征在于包括多边形谐振腔、有源FP谐振腔(2)和耦合器(3);多边形谐振腔的所有顶点处均为深刻蚀全内反射面，耦合器(3)的第一端ロ(31)及第ニ端ロ(32)串接在多边形谐振腔靠近有源FP谐振腔(2)的一条边中，耦合器(3)的第三端ロ(33)和第四端ロ(34)串接在有源FP谐振腔(2)中，沿有源FP谐振腔(2)方向，多边形谐振腔中对称设有波长调谐区，多边形谐振腔设置在有源FP谐振腔⑵的ー侧。
2.根据权利要求I所述的ー种利用全内反射多边形谐振腔选模的半导体激光器，其特征在于所述有源FP谐振腔(2)中远离耦合器(3)的部分设有有源増益区(21);多边形谐振腔中选取远离耦合器(3)的部分对称设置第一波长调谐区，第一波长调谐区的长度占多边形谐振腔周长的比例与有源増益区(21)长度占有源FP谐振腔(2)总长度的比例相等；或者多边形谐振腔中选取远离耦合器(3)的部分对称设置第二波长调谐区，第二波长调谐 区的长度占多边形谐振腔周长的比例为309Γ70%;耦合器(3)、有源FP谐振腔(2)中靠近耦合器(3)的部分和多边形谐振腔靠近耦合器的部分一起作为第三波长调谐区。
3.根据权利要求I所述的ー种利用全内反射多边形谐振腔选模的半导体激光器，其特征在于所述的多边形谐振腔与有源FP谐振腔(2)长度差为2% 25%。
4.ー种利用全内反射多边形谐振腔选模的半导体激光器，其特征在于包括两个多边形谐振腔、有源FP谐振腔(2)和两个耦合器(5、5，);两个多边形谐振腔结构相同，多边形谐振腔的所有顶点处均为深刻蚀全内反射面；第一耦合器(5)的第一端ロ(51)及第ニ端ロ(52)串接在第一多边形谐振腔靠近有源FP谐振腔(2)的一条边中，第一耦合器(5)的第三端ロ(53)和第四端ロ(54)串接在有源FP谐振腔⑵中；第二耦合器(5，)的第一端ロ(51’ )及第ニ端ロ(52’ )串接在第二多边形谐振腔靠近有源FP谐振腔(2)的一条边中，第二耦合器(5，)的第三端ロ(53’ )和第四端ロ(54’ )串接在有源FP谐振腔⑵中；沿有源FP谐振腔(2)方向，第一多边形谐振腔中远离第一耦合器(5)对称设有第五波长调谐区，同样第二多边形谐振腔中也远离第二耦合器(5’)对称设有第六波长调谐区；第ー多边形谐振腔与第二多边形谐振腔分别设置在有源FP谐振腔(2)的两侧。
5.根据权利要求4所述ー种利用全内反射多边形谐振腔选模的半导体激光器，其特征在于所述的第一多边形谐振腔与第二多边形谐振腔的周长相差为109Γ40%。
专利摘要本实用新型公开了一种利用全内反射多边形谐振腔选模的半导体激光器。包括多边形谐振腔、有源FP谐振腔和耦合器；所述多边形谐振腔与FP谐振腔之间通过耦合器相互耦合。多边形谐振腔通过全内反射的原理实现光波在多边形谐振腔顶点处的转向，从而得到谐振回路，多边形谐振腔的每个边都和FP谐振腔一样采用浅刻蚀工艺，减小了损耗；多边形谐振腔充当滤波器的功能，与FP谐振腔相互耦合进行选模，实现激光器的单模工作。本实用新型无需制作光栅，结构简单，这种利用全内反射多边形谐振腔选模的设计可以用来实现无跳模式调谐或者数字式调谐的半导体激光器。
文档编号H01S5/12GK202405615SQ20122000401
公开日2012年8月29日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者何建军, 武林, 王磊, 郭山溧 申请人:浙江大学