波长可调谐的宽带混沌半导体激光器芯片的制作方法

本发明涉及集成混沌激光器领域，具体是一种波长可调谐的宽带混沌激光器芯片。

背景技术：

混沌激光由于其初值敏感性、长期不可预测性与类噪声等特性，在超宽带信号发生器、高速随机数产生、光纤传感、光纤故障检测、激光雷达、保密光通信等领域有重要应用。

自PECORA和CARROL于1990年首次证实混沌同步以来，光混沌保密通信已经引起了人们的广泛关注。光混沌保密通信系统采用类噪声的混沌信号作为发射端混沌载波来加载所需的传输信号，而在接收端基于混沌滤波效应和混沌同步机理可实现传输信号的恢复。通信容量是混沌保密光通信实现实用化的关键技术。目前在通信领域多采用多信道传输如波分复用的方式增加系统容量。在实际应用中，波分复用光混沌保密系统希望混沌载波的中心波长是大范围连续可调谐的。常用的分布式反馈布拉格（DFB）激光器和垂直腔面发射（VCSEL）激光器的中心波长只能进行热调谐，可调范围较小，难以满足通信系统的要求。中心波长可调谐的混沌激光信号在光网络断点检测与光纤传感监测中也有重要的应用。混沌信号由于其宽带、相关性好等特性可作为理想的雷达和测距信号。以混沌激光作为探测信号的混沌OTDR可解决测量距离和空间分辨率不能兼顾的矛盾，进一步的，为了解决支路多，节点密等问题，可用可调谐混沌信号源代替传统的单路脉冲信号，实现多路检测的同时可以精确定位故障点的位置。

夏光琼等人提出利用光纤布拉格光栅作为弱谐振腔法布里-玻罗激光器的外腔，来产生中心波长可调谐的宽带混沌信号，但是该装置是由多个独立器件构成，可调谐范围只有10nm左右（中心波长可调谐的宽带混沌信号发生装置，ZL201720578585.4）；袁国慧等人提出了一种基于环形半导体激光器的可调谐光混沌信号发生装置（可调谐光混沌信号发生装置，ZL201320587737.9），该装置可通过调节DBR激光器来调节混沌信号的中心波长；王安帮等人提出了基于FP激光器与布拉格光栅的可调谐混沌信号发生装置（王娜，王安帮，张明江，利用可调谐的混沌Fabry-Perot激光器实现波分复用无源光网络的断点检测[J]. 光子学报，2012，41(11).）。这些可调谐混沌信号发生装置为混沌激光在各个领域的应用提供了更多的选择。

技术实现要素：

本发明为了解决现有混沌半导体激光器通信容量低、带宽受限、集成度不高等问题，提供了一种波长可调谐的宽带混沌半导体激光器芯片，该半导体激光器芯片是中心波长可调谐的，调谐过程为：通过调节DBR（分布布拉格反射）激光器金属电极上的电流控制激光器的中心波长，进而调谐输出的混沌信号。创新点在于输出的混沌信号中心波长可调谐，结构简单，集成性强。

本发明是采用如下技术方案实现的，

一种波长可调谐的宽带混沌半导体激光器芯片，包括左DBR激光器、无源光波导和右DBR激光器；所述左DBR激光器右端连接无源光波导左侧，所述无源光波导右侧连接右DBR激光器左侧。

其中，左DBR激光器和右DBR激光器均为三段式结构，包括光栅区、相位区和增益区，光栅区上生长有光栅区电极，相位区上生长有相位区电极，增益区上生长有增益区电极。所以，上述波长可调谐的宽带混沌半导体激光器芯片为七段式单片集成激光器芯片，具体结构从左到右为：相位区、增益区、光栅区、无源光波导区、光栅区、增益区、相位区。

所述左DBR激光器与右DBR激光器的中心波长频率差为10GHz~15GHz，二者的输出功率偏差低于70％。

所述左DBR激光器与右DBR激光器通过互注入加光反馈的方式产生混沌光信号。

本发明所述的波长可调谐的宽带混沌半导体激光器芯片实现方式包括混沌信号的产生与混沌信号中心波长的调谐过程。混沌信号的产生过程为：左DBR激光器的输出激光信号通过无源光波导注入右DBR激光器中；右DBR激光器的输出激光信号通过无源光波导注入左DBR激光器中。同时，左DBR激光器的光栅也会对右DBR激光器的输出信号进行反馈扰动，右DBR激光器的光栅对左DBR激光器的输出信号进行反馈扰动，四路信号相互耦合，产生宽带混沌信号。混沌信号中心波长调谐过程为：通过调节左DBR激光器光栅区金属电极所加偏置电流与右DBR激光器光栅区金属电极所加偏置电流控制两激光器输出激光的中心波长，左、右DBR激光器的输出光经相互扰动控制混沌信号的中心波长。混沌信号的中心波长不同于左DBR激光器的中心波长或右DBR激光器的中心波长。或者，调节任意一个DBR激光器的输出信号，两激光器的失谐量随之改变，由于两路激光信号相互扰动，输出的混沌信号中心波长发生改变，达到调谐混沌信号的目的。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供的中心波长可调谐的混沌激光器芯片，结构简单，集成度高。

2、本发明采用两个三段式的DBR激光器互注入加光反馈的方式产生混沌信号，DBR激光器输出波长范围能够覆盖完整的C波段或者L波段，具有高工作速率，高输出功率和高可靠性，通过调节DBR激光器的工作电流控制两激光器的中心波长，调谐范围在20nm左右，进而调谐输出的混沌信号的中心波长，精确且大范围的调控两激光器之间的失谐量，使得输出的混沌信号中心波长大范围连续可调。

3、本发明所述的芯片结构体积小、稳定性好、成本低，实用性强，具有很好的推广应用价值。

附图说明

图1表示本发明的结构示意图。

图1中：A-左DBR激光器，B-无源光波导，C-右DBR激光器。

图2表示波长可调谐的宽带混沌半导体激光器芯片的具体实施例结构示意图。

图2中，1-左DBR激光器相位区电极，2-左DBR激光器增益区电极，3-左DBR激光器光栅区电极，4-右DBR激光器光栅区电极，5-右DBR激光器增益区电极，6-右DBR激光器相位区电极。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

一种波长可调谐的宽带混沌半导体激光器芯片，如图1所示，包括左DBR激光器A、无源光波导B和右DBR激光器C；左DBR激光器A右端连接无源光波导B左侧，无源光波导B右侧连接右DBR激光器C左侧。左、右DBR激光器互注入为对面的激光器提供外部扰动，产生混沌信号。调节左、右DBR激光器金属电极所加偏置电流可改变左、右DBR激光器输出激光波长，进而实现混沌信号中心波长可调谐。

如图2所示，左DBR激光器A和右DBR激光器C均为三段式结构，左DBR激光器A从左往右依次为相位区、增益区、光栅区，光栅区为分布布拉格反射光栅；右DBR激光器C从左往右依次为光栅区、增益区、相位区，光栅区为分布布拉格反射光栅。光栅区上生长有光栅区电极，相位区上生长有相位区电极，增益区上生长有增益区电极，光栅区为分布布拉格反射光栅。无源光波导B为条状，其作用主要是侧向限制光的传播，对光进行引导。

调谐方式为通过调节左DBR激光器光栅区电极3与右DBR激光器光栅区电极4所加偏置电流控制两激光器输出激光的中心波长，经过互注入扰动后，会产生新的光频成分，混沌信号的中心波长改变。或者，可以通过调节相位区电极（1或者6）的偏置电流调节DBR激光器输出激光中心波长，也可通过调节增益区电极（2或者5）偏置电流调节DBR激光器输出激光的中心波长。

实施时，左DBR激光器A与右DBR激光器C结构相同，生长在同一衬底上，采用半导体工艺进行整体制作，可增强芯片的稳定性。左DBR激光器A与右DBR激光器C为整个芯片提供输出光和注入光，左DBR激光器A与右DBR激光器C通过互注入加光反馈的方式产生混沌光信号。DBR激光器相位区上生长有金属电极，可以通过调节相位区电极的电流调节输出光信号；DBR激光器增益区上生长有金属电极，也可通过调节增益区电极电流调节输出光信号。调谐方式为通过调节左DBR激光器与右DBR激光器金属电极上的电流控制两激光器输出激光的中心波长和强度，经过互注入扰动后，会产生新的光频成分，混沌信号的中心波长与强度随之改变。其中，左DBR激光器A与右DBR激光器C的中心波长频率差为10GHz~15GHz，二者的输出功率偏差低于70％。参数失配可以有效抑制左DBR激光器A与右DBR激光器C互注入时发生的锁定同步效应，两激光器存在一定的频率失谐可增强带宽。

具体工作时，波长可调谐的宽带混沌半导体激光器芯片实现方式包括混沌信号的产生与混沌信号中心波长的调谐过程。混沌信号的产生过程为：左DBR激光器A的输出激光信号通过无源光波导B注入右DBR激光器C中；右DBR激光器C的输出激光信号通过无源光波导B注入左DBR激光器A中。同时，左DBR激光器的光栅也会对右DBR激光器的输出信号进行扰动，右DBR激光器的光栅对左DBR激光器的输出信号进行扰动，四路信号相互耦合，产生宽带混沌信号。混沌信号中心波长调谐过程为：调节左DBR激光器A或者右DBR激光器C的输出光的中心波长，两激光器的失谐量随之改变，由于两路激光信号相互扰动，输出的混沌信号中心波长发生改变，达到调谐混沌信号的目的。

以上具体实施例仅对本发明做示例性的说明，该实施案例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，任何以本发明为基础解决基本相同的技术问题，或实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，均属于本发明的保护范围内。