本发明属于半导体激光器技术领域。
背景技术：
随着大容量超高速光纤通信技术的发展以及数据中心的更新换代，高直调制速率的半导体激光器成长为光纤通信系统和下一代光网络的关键器件之一。在密集波分复用(DWDM)系统中，25Gb/s的高速直调制激光器可用于构成100Gb/s的下一代以太网的发射机。在局域网的发展中，25GHz调制带宽的高速直调制激光器则是实现40Gb/s光纤通信的关键器件，其中分布反馈(Distributed Feedback,DFB)激光器由于其高功率和单纵模特性好而受到国内外的广泛关注和研究。
目前分布反馈激光器有多种实现方案，其中最主要的方案有两种：一种是相移分布反馈激光器(Utaka K.,Akiba S.,Sakai K.,et al.,λ/4-shifted InGaAsP/InP DFB lasers[J].Quantum Electronics,IEEE Journal of,1986,22(7):1042-1051.)；另一种是均匀光栅，两端面分别镀高反膜和增透膜的分布反馈激光器(Razeghi M.,Blondeau R.,Krakowski M.,et al.Low-threshold distributed feedback lasers fabricated on material grown completely by LP-MOCVD[J].Quantum Electronics,IEEE Journal of,1985,21(6):507-511.)。
传统的相移分布反馈激光器都是两端都需要镀增透膜，这样整个激光器的反馈来自于光栅。因为两个端面现在不提供有效的反馈，导致端面解理面位置相对于光栅的不确定性的影响被消除了。由于采用了传统的相移，光栅的反射峰值波长即光栅的布拉格波长，同时也是激光器腔的谐振波长，同时也将是激光器的激射波长。由于两端镀了增透膜，所以激光器的输出在两个端面是等功率的，但通常只有一端的输出能耦合到光纤中成为外界可用的功率输出。这意味着激光器的输出功率损失了一半。
目前，减少激光器腔长是提高直调激光器的调制带宽最有效方法。比如说为实现30GHz以上的调制带宽，激光器的腔长需要减小到200微米以下。如果腔长减小到200微米或更短以后，传统的两端面镀增透膜的λ/4相移分布反馈激光器的阈值增益就会变得非常高，同时会增加解理、镀膜的工艺难度，激光器性能就会变差。如果采用一端镀高反膜、另一端镀增透膜的方法把阈值增益降低，在腔长为150微米的情况下可以实现超过30GHz的带宽(Kobayashi W.,Tadokoro T.,Ito T.,et al.,High-speed operation at 50Gb/s and 60-km SMF transmission with 1.3-μm InGaAlAs-based DML[C]//Semiconductor Laser Conference(ISLC),2012 23rd IEEE International.IEEE,2012:50-51.)，但激光器的边模抑制比和成品率就会大大降低，也就是说传统的相移分布反馈激光器的一些优势比如说高边模抑制比、高成品率、以及激射波长精确可控的优点就都消失了。
为解决上面的困境，一种比较好的解决方案是在传统相移分布反馈激光器的两端集成无源的分布布拉格反射区(如，Simoyama T.,Matsuda M.,Okumura S.,et al.,50-Gbps direct modulation using 1.3-μm AlGaInAs MQW distribute-reflector lasers[C]//European Conference and Exhibition on Optical Communication.Optical Society of America,2012:P2.11.)。这两个反射区增强了整个激光器谐振腔的反馈因而能降低阈值增益，同时这两个反射区的反射也是基于光栅，其反射相位是可以通过无源波导区的材料生长以及后期的制作工艺精确控制的，所以不会降低激光器的边模抑制比与成品率，所以λ/4相移分布反馈激光器的优点仍然能够保留。但这样制作工艺变得非常复杂，主要是两端无源波导的集成需要对接再生长技术，其技术难度大，工艺复杂。
目前分布反馈激光器应用于各通信系统中，都需要对激光器的工作状态进行监控，以便于了解整个通信系统的状态。传统的相移分布反馈激光器在两端都需要镀增透膜，需要在封装中集成一个探测器，对非输出端的功率进行监控。而对于短腔的相移分布反馈激光器，如果采用一端镀高反膜、另一端镀增透膜的方法来实现的，则需要在输出端对输出光进行分束，来实现对激光器的工作状态进行监控。这两种方法都增加激光器后期封装的复杂性以及成本。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种低成本、高成品率的短腔分布反馈激光器(175微米及以下)的方法。所述激光器分为三个部分：有源区、反射区和吸收区，其中有源区和反射区两部分都含有光栅；有源区光栅存在相移区，有源区长度小于等于175微米；反射区在有源区非输出的一端，反射区光栅为均匀周期的光栅；所述吸收区集成在反射区后面，激光器输出的一端的端面镀有增透膜。
所述的分布反馈激光器，所述的反射区与有源区的波导采用相同的芯层结构，反射区的波导传输层同样为有源量子阱材料。反射区的量子阱材料可以被激光器自身的出光泵浦到透明状态，最后波导的损耗即为有源区波导的内部损耗。
所述分布反馈激光器，其反射区的长度可以根据所需的反射率进行自定义，长度越长，反射率越高，主要受到波导内部损耗的限制。
所述分布反馈激光器，其反射区的光栅耦合系数可以根据所需的反射率进行自定义，并不一定需要与有源区的光栅相同，耦合系数越大，反射率越高。
所述分布反馈激光器，其吸收区在反偏状态下，可以增加波导的吸收，以减小吸收区后端面的反射。
所述分布反馈激光器，其吸收区在反偏状态下，可以视为探测器，用于监控激光器工作状态。
所述分布反馈激光器，其吸收区的外端面部分选择采用窗口区，或者带水平倾斜的端面，来减小反射。
所述分布反馈激光器输出端镀增透膜，增透膜的反射率小于1％，以减小反射。
与现有的分布反馈激光器相比，本发明在反射区引入了布拉格光栅，能提高激光器谐振腔的反馈，相当于在有源区端面镀增反膜，因此可以减小阈值增益，使得激光器可以实现短腔长(200微米及以下)工作，这样可以提高激光器的直调制带宽，另外可以提高激光器输出的斜率效率；同时，在反射区后面集成一段吸收区，减少反射区后端面的反射，相当于在反射区后端面镀增透膜，使反射区所产生的反射相位可控，因此不会导致边模抑制比的降低。同时激光器在有源区、反射区和吸收区采用相同的波导芯层，反射区的形成不再需要复杂的对接再生长过程；并且在整个制造过程只有输出端面需要镀增透膜，因此具有制作难度小、成本低、成品率高的特点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。
图1为本发明的分布反馈激光器的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种低成本、高成品率的短腔分布反馈激光器包括吸收区1、反射区2和有源区增益区3，又称为光增益区，有源区增益区1从上而下包括上电极接触层4、波导上盖层5、光栅层6、上光限制层7、量子阱层8、下光限制层9、波导下盖层10、输出端面增透膜11、上电极接触层12。反射区2从上而下包括波导上盖层4、光栅层5、上光限制层6、量子阱层7、下光限制层8、波导下盖层9。增益区有源区增益区部分的光栅包含有相移区，相移区的两边的光栅为同周期的均匀光栅。相移区的引入使得光栅的布拉格波长同时也是谐振腔的谐振波长，同时也是激光器的激射波长。这使得可以通过精确控制光栅的布拉格波长来控制激光器的激射波长。同时由于光栅只能在布拉格波长处提供最有效的反射，所以激光器的单模特性好。
在激光器的非输出的一端引入一段均匀分布布拉格光栅形成反射区，反射区的额外反馈可以使得激光器的阈值增益降低，因此能实现短腔长，同时反射区的反馈使得激光器输出端的输出功率增加，因此激光器的斜率效率可以得到提高。
另外，在激光器的发射区后面引入一段无光栅的吸收区，吸收区和有源区一样做有电极，在反偏的状态下，可以增加波导的吸收，减少反射区后端面的反射，相当于在反射区后端面镀增透膜，使反射区所产生的反射相位可控，不会导致边模抑制比的降低，增加激光器的成品率。
布拉格反射光栅，其周期Λ按照以下公式计算：
其中，m是光栅级数，λ是光栅所对应的布拉格波长，在该波长处光栅能产生最高的反射，neff为波导的有效折射率。
通过以下两种方法对反射区的反馈进行调节：
1.调节该段光栅的长度，在一定耦合系数的情况下，长度越长，反射区的等效反射率越大。
2.调节该段光栅的耦合系数，在光栅长度一定的情况下，耦合系数越大，反射区的等效反射率越大。
由于光栅是通过高精度的制作方法加工而成比如说利用电子束曝光技术，并且反射区的后端面集成一段吸收区可以减少端面反射，反射区的光栅所提供反馈的相位可以精确控制，这样反射区所提供的反馈和增益区光栅提供的反馈可以保持同相位，这样保证了激光器能够在最大反馈波长处激射。
这样使得激光器同时具有三大特点：第一是可以实现低阈值的短腔激光器；第二是激光器的激射波长可以精确控制，就是控制光栅的布拉格波长；第三是激光器的单模成品率高。传统的镀高反射膜的解理面很容易提供高于90％的反射，可以降低激光器阈值，但由于激光器的解理面的位置不能足够精确的控制，因而该反射不能保证与增益区光栅的反射同相位，这导致激光器的激射波长不能精确控制，同时有很严重的单模成品率的问题。
该分布反馈激光器的吸收区、反射区、增益区具有相同的波导结构，波导传输层都为有源层7；吸收区不存在光栅6，在反偏的状态下，可以增加波导的吸收，减少反射区后端面的反射，使反射区所产生的反射相位可控，并通过监控反偏下的电流大小，来反映激光器的工作状态；反射区不存在金属电极4，不注入电流，无法得到增益，对于激光器只是起到增大端面反射率的作用；因此在工艺上不需要额外的刻蚀和再生长技术，制作工艺简单，成本较低。
在激光器的吸收区外端面部分，为进一步减小解理面反射的影响，可以采用窗口区、或水平方向倾斜的解理面等，使得最后得到解理面反射不影响激光器的性能。
分布反馈激光器的激光器输出端面镀增透膜，增透膜的反射率可以小于1％。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。