[发明专利]相移电控制取样光栅半导体激光器及其设置方法

权利要求书

1.一种基于相移电控制的取样光栅半导体激光器，其特征是所述的DFB半导体激光器结构由第一与第二两个取样光栅区和一个相移区组成；两边取样光栅区中的光栅是取样布拉格光栅（SBG），中间为相移区，取样周期从1微米到数十微米量级；两个取样光栅区的电极连接在一起，但与相移区的电极相隔离；

均匀取样光栅中的折射率调制强度，表示为

                 (4)

从式(4)知，一个取样光栅等效为许多影子光栅的叠加、一个影子光栅对应一个信道；第m级影子光栅的周期表示为

                           (5)

因此在第m级影子光栅中，布拉格波长表示为

                        (6)

以第-1级子光栅为例，式（5）和（6）变化为

                            (9)

                       (10)

取样光栅区和相移区的有效折射率与长度，分别用和、和来表示；

激光器有源层的增益中心被设置在取样光栅的±1级子光栅之一的布拉格波长处

                  （12）

在取样光栅区和相移区注入不同电流密度时，由于自由载流子的等离子效应，和将不同，因而在相移区将产生一个相移，大小为

           （13）

由式（10）可知，在影子光栅周期保持不变的情况下，只要改变取样周期P的大小，就能实现对激光器激射波长的初步控制；

在取样周期P确定时，在取样光栅区、相移区注入电流、之和,即激光器工作电流（＋）保持不变的条件下，由式（13）知改变和的比例就能改变引入相移的大小，在取样光栅±1级子光栅的禁带宽度、通常为2～5nm的范围内任意调节激射波长的数值。

2.根据权利要求1基于相移电控制的取样光栅半导体激光器，其特征是选用取样光栅第±1级子光栅之一作为激射信道；把半导体材料的增益区中心设置在所选择的激射信道布拉格波长处而远离零级信道布拉格波长。

3.根据权利要求2基于相移电控制的取样光栅半导体激光器，其特征是两个长度相同的取样光栅区的取样占空比不同，第一取样光栅的取样占空比为0.5，第二取样光栅的取样占空比是在0.2到0.5之间的值。

4.根据权利要求2所述的基于相移电控制的取样光栅半导体激光器，其特征是两个取样光栅区取样光栅相同；第一和第二取样光栅取样光栅区的长度不同；

当激光器取样光栅区第一和第二取样光栅区的取样光栅相同时，取样光栅区长度越长对激射波长的反馈作用就越强；

当本发明激光器一侧的取样光栅区长度保持恒定时，另一侧取样光栅区长度越小则从这一侧出射的激光功率就越大。

5.根据权利要求的1至4之一所述的基于相移电控制的取样光栅半导体激光器构成DFB半导体激光器单片集成阵列。

6.根据权利要求5所述的基于相移电控制的取样光栅半导体激光器单片集成阵列构成的PIC发射芯片模块，其特征是由激光监测器阵列、所述基于相移电控制的取样光栅半导体激光器单片集成阵列、调制器阵列、功率均衡器阵列和复用器，通过选择区外延生长或对接生长集成到同一外延晶片上。

7.根据权利要求的3所述的基于相移电控制的取样光栅半导体激光器设置方法，其特征是占空比为0.5时，第±1级子光栅中折射率调制强度最大，对第±1级子光栅布拉格波长的反馈作用最强；占空比偏离0.5越多，则第±1级子光栅中折射率调制强度越小，对第±1级子光栅布拉格波长的反馈作用越弱；

在激射功率一定的情况下，前一部分的取样占空比为0.5，后一部分的取样占空比偏离0.5越多，从后一部分取样光栅区有效输出的激光功率越大；在无法进行端面镀膜的情况下，优化后一部分的取样占空比，能提高激光器从这个取样光栅区一侧端面有效输出的激光功率。