一种双波长可调谐半导体激光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于激光技术领域，更具体地，涉及一种双波长可调谐半导体激光器，该激 光器是一种具有双层布拉格光栅的分布式布拉格反射激光器。
【背景技术】
[0002] 随着光通信技术的日益发展，低成本的可调谐半导体激光器在接入网和数据交换 中有着非常大的应用潜力和发展空间。另一方面，双波长激光器由于其在太赫兹产生、光远 端探测和双稳态等方面的独特优势，引起了人们的广泛关注和研究。例如，基于双波长激光 器，利用注入锁定技术可以实现波长和功率的双稳态，从而进一步应用于波长转换、光存储 和光开关等。所以，如果使激光器同时兼具双波长输出和波长可调谐特性，势必会在诸多领 域展现出巨大的应用价值。
[0003] 为了实现单片集成的双波长激光器，格拉斯哥大学的Francesca Pozzi等人提出 一种侧向親合 DFB 激光器，报道于 "Dual-Wavelength InAlGaAs - InP Laterally Coupled Distributed Feedback Laser'，，IEEE Photonics Technology Letters, vol. 18, no. 24, 2006。这种激光器是在传统DFB激光器的基础上，独辟蹊径，将具有不同周期的两组布拉格 光栅刻蚀在波导的两侧，每组光栅对应一个激射波长，从而实现双模激射。但是，由于受DFB 激光器本身特点的限制，无法实现大范围内的波长可调。
[0004] 2000年，在典型的分布式布拉格反射（DBR)激光器基础上，美国伊利诺伊大学 的S. D Roh等人采用光栅级联的方法，将具有不同周期的布拉格光栅前后级联，通过改变 注入光栅区的电流实现了波长可调的双波长激光器，其结构如附图1所示。相关研究报 道在"Single and Tunable Dual-Wave length Operation of an InGaAs - GaAs Ridge Waveguide Distributed Bragg Reflector Laser'，， IEEE Transactions on Photonics Letters，vol. 12，no. 1，2000。采用光栅级联的方法，由于两个激射波长所对应的腔长不同， 会使得后光栅段所对应的激射波长具有较大的损耗，从而导致功率不均衡。此外，将光栅级 联将大大扩展器件的体积，这对于光芯片的高集成化而言，是十分不利的。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种双波长可调谐半导体激光器， 旨在解决现有技术中采用光栅级联的方式，由于两个激射波长所对应的腔长不同，会使得 后光栅段所对应的激射波长具有较大的损耗，从而导致功率不均衡的技术问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种双波长可调谐半导体激光器，该激光器包括 有源区、相位区和光栅区；从下往上依次附着有第一缓冲层、有源层和第一覆盖层，所述第 一缓冲层、所述有源层和所述第一覆盖层构成了所述有源区；从下往上依次附着有第二缓 冲层、波导层和第二覆盖层，所述第二缓冲层、波导层和第二覆盖层构成了所述相位区；从 下往上依次附着有第三缓冲层、光栅层和第三覆盖层，所述第三缓冲层、光栅层和第三覆盖 层构成了所述光栅区；在所述第一覆盖层的上表面设有第一电极，在第二覆盖层的上表面 设有第二电极，在第三覆盖层的上表面设有第三电极；所述有源区的左端面为解理面，所述 光栅区的右端面镀有增透膜。
[0007] 更进一步地，所述光栅层包括刻蚀在第三覆盖层下表面的第一布拉格光栅和刻蚀 在第三缓冲层上表面的第二布拉格光栅；所述第一布拉格光栅的周期与所述第二布拉格光 栅的周期不同。
[0008] 更进一步地，所述光栅层的有效折射率大于第三缓冲层的折射率；所述光栅层的 有效折射率大于所述第三覆盖层的折射率。
[0009] 更进一步地，所述有源层的带隙小于所述波导层的带隙；所述有源层的带隙小于 所述光栅层的带隙。
[0010] 更进一步地，工作时，通过在所述第一电极中注入电流使得激光器开始工作；通过 改变所述第三电极的注入电流，使得光栅层的两个布拉格反射峰同时发生移动，实现对腔 内纵模的选择，来对激光器的输出波长进行粗调节；通过改变所述第二电极的注入电流，使 得所述波导层的折射率发生改变，整个激光器有效腔长发生改变，腔内的纵模位置发生移 动，来对激光器的输出波长进行细调节。
[0011] 更进一步地，同一个时刻输出的两个波长之间的间距等于两个光栅的布拉格反射 峰的间距。
[0012] 通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于采用上下放置的双层 布拉格光栅结构，可以很好的保证光栅反射谱中具有两个完全相同的反射峰，采用上述光 栅结构，激光器能够实现双波长的稳定输出，同时波长可调。通过对光栅结构参数的优化， 可以进一步精确控制两个反射峰之间的间距；同时，由于光栅上下放置，相比于采用光栅前 后级联的方法，可以大大减小光栅的体积，结构紧凑，利于集成。
【附图说明】
[0013] 图1为【背景技术】中采用光栅级联技术实现双波长激射的可调谐半导体激光器纵 向截面的结构示意图。
[0014] 图2是本发明实施例纵向截面的结构示意图。
[0015] 图3是实施例中光栅区采用的双层布拉格光栅的三维图。
[0016] 图4是实施例中双层布拉格光栅的反射谱。
[0017] 图5是实施例中改变光栅区电极注入电流得到的波长静态调谐特性图。
[0018] 图6是实施例中改变相位区电极注入电流得到的波长静态调谐特性图。
[0019] 其中，1为有源区，2为相位区，3为光栅区，4为有源层，5为波导层，6为光栅层，7 为第一覆盖层，8为第一缓冲层，9为第二覆盖层，10第二缓冲层，11为第三覆盖层，12为第 三缓冲层，13为解理面，14为增透膜，15为第一电极，16为第二电极，17为第三电极。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。本发明的目的在于提供一种双波长可调谐半导体激光器，它不仅可以 实现双波长激射，还能够实现两个波长的同时调谐，光栅区可采用全息曝光的方法制作，具 有结构紧凑，成本低廉的优点。
[0021] 本发明提供了一种双波长可调谐半导体激光器，附图2是其纵向截面图。所述半 导体激光器包括有源区1、相位区2和光栅区3 ;从下往上依次附着有第一缓冲层8、有源层 4和第一覆盖层7,第一缓冲层8、有源层4和第一覆盖层7构成了有源区1 ;从下往上依次 附着有第二缓冲层10、波导层5和第二覆盖层9,所述第二缓冲层10、波导层5和第二覆盖 层9构成了相位区2 ;从下往上依次附着有第三缓冲层12、光栅层6和第三覆盖层11，第三 缓冲层12、光栅层6和第三覆盖层11构成了相位区2 ;在第一覆盖层7的上表面设有第一 电极15,在第二覆盖层9的上表面设有第二电极16,在第三覆盖层11的上表面设有第三电 极17 ;有源区1的左端面为解理面13,光栅区3的右端面镀有增透膜14。
[0022] 光栅层6包括两层布拉格光栅，第一布拉格光栅设置在第三缓冲层12的上表面， 第一布拉格光栅的凹槽中填充有与第三缓冲层12材料相同的材料，凸起中填充有与波导 层5材料相同的材料；第二布拉格光栅设置在第三覆盖层11的下表面，且第二布拉格光栅 的凹槽中填充有与第三覆盖层11材料相同的材料，凸起中填充有与波导层5材料相同的材 料。将两个布拉格光栅上下放置，在光栅反射谱中可形成两个布拉格反射峰，如附图4所 示。相较于【背景技术】中采用光栅前后级联的方法，本发明将光栅上下放置，可以大大减小整 个器件的体积。此外，采用光栅前后级联的方法，由于两个激射波长所对应的激光器腔长是 不同的，后光栅的反射光场在激光器内经历的损耗将会大于前光栅的反射光场在激光器内 经历的损耗，导致两个激射波长输出功率不均衡。本发明中采用双层光栅结构，上下两层光 栅的两个布拉格反射波长共用同一个激光器腔长，从而保证两个输出波长的功率均衡。
[0023] 在本发明实施例中，第一缓冲层8、第二缓冲层10和第三缓冲层12的材料均可以 选用掺Si的N型材料InP ;