[发明专利]高速垂直发射单片集成型直接调制DFB激光器及制作方法

说明书

本发明公开了一种垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器及其制作方法。本发明采用源增益区和无源波导区对接的模式形成了高质量的超短光学谐振腔结构，从而提高了高调制频率的直接调制DFB激光器的可靠性和光谱的质量。另外，本发明利用无源波导区形成的45度反射面实现激光的垂直发射，克服现有技术中由于激光器侧面出光而不能实现的发射高密度的并行光互联的技术问题。同时本发明利用折射率和增益耦合叠加的λ/4相移光栅配合脊型波导实现激光器良好的高速调制性能。另外，本发明利用单片集成工艺制作激光器，可以实现小尺寸、高度集成化以及高密度的光互联。

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，更具体涉及一种垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器及其制作方法。

背景技术

光纤通讯是目前通讯网络的基本构成方式，针对日益增加的信息传输、信息交换速率和数量的需求，作为物理层面核心的激光器需要在信道调制速率、总信道带宽以及光谱性能等方面大幅提升。

中国的无线网络服务已经由4G向5G推进，在LTE(Long Term Evolution)通信网络中，采用直接强度调制的分布反馈激光器(即DFB激光器)需要在高频应用的指标上进行系统设计，优化激光器的弛豫振荡频率、阻尼系数、增益、啁啾以及RC常数等性能，并根据功耗和工作温度范围的要求提高激光器的特征温度。常规的高调制频率的激光器，特别是25Gbps直接调制的DFB激光器(25Gbps DML)，通常是侧面发光，为了提升高频调制所需的-3dB带宽，必须优化激光器的增益特性以及光学谐振腔体尺寸，这都需要超短光学谐振腔的结构。超短光学谐振腔的尺寸一般在120-160微米范围，根据InP这种化合物材料的特性，200微米以下的尺寸无法完成高质量的晶向解理，这使得25Gbps激光器无法简单形成超短光学谐振腔，从而影响激光器的可靠性、性能的低阈值增益以及光谱良率。

另外，针对全球的宽带建设，光纤到户(FTTX)是宽带接入的根本解决手段，下一代40G/100G堆叠无源光网络(PON)技术则在光纤接入网中引入了波分叠加的技术，在一根光纤中下行实现了4个波长的光的传播，此技术实现的关键就是光源，要求激光器能够实现高度集成化以及高密度的并行光互联。但是现有的25Gbps直接调制的DFB激光器通常是侧面发光，因此很难实现激光器的高度集成化以及高密度的并行光互联。

为解决现有25Gbps直接调制的DFB激光器的上述缺陷，可以采用有源区和无源区简单集成的方案，但是此方案很难避免区域界面反射以及无源区域损耗带来的光谱质量下降和阈值增益的提升。

另外为解决现有25Gbps直接调制的DFB激光器的上述缺陷，还可以采用DFB对接DBR反射段的方案，此方案虽然可以提升光谱质量，但因为工艺复杂且难以保证对接质量，激光器的良率降低，同时此方案限定了侧面出光的模式，无法实现激光器的高度集成化以及高密度的并行光互联。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何形成高质量的超短光学谐振腔的精确度，以及如何提高直接调制的DFB激光器的调制频率、高度集成化以及高密度的并行光互联。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高速垂直发射的单片集成型直接调制DFB激光器，所述激光器包括有源增益区以及与所述有源增益区通过对接生长形成的无源波导区；

其中，所述有源增益区与所述无源波导区的接触部位设置有缺口，并且所述缺口的由所述无源波导区形成的靠近所述有源增益区的侧面作为超短光学谐振腔的前端面，所述有源增益区的与所述前端面相对的侧面形成超短光学谐振腔的后端面。

优选地，所述缺口的由所述无源波导区形成的远离所述有源增益区的侧面与竖直方向的夹角为45度，使由所述前端面射出的激光的旋转90度。