[发明专利]分布反馈式半导体激光器装置及光子集成发射芯片模块

说明书

本发明公开了一种分布反馈式半导体激光器装置及光子集成发射芯片模块。该装置的光栅由两个啁啾光栅通过无光栅的增益区串联而成，或者由取样周期啁啾的取样光栅通过无光栅的增益区串联而成；其中第一个啁啾光栅的电极由三个相互电隔离的电极组成，这个光栅中间电极所对应部分为相移调整区，它的两侧电极对应部分为侧边区；第二个啁啾光栅所对应部分是无增益的无源区，或者是由一个或多个电极控制的有源区。本发明通过改变侧边区、相移调整区注入电流或者注入电流的比例，可连续调节激光器的激射波长以满足ITU－T标准要求；当第二个啁啾光栅结构与第一个光栅完全相同时，激射的激光有更好的单模特性，且线宽更窄。

技术领域

本发明属于光电子技术领域，涉及光纤通信、光子集成、光电传感以及其他光电信息处理。本发明是一种波长可在一定范围内精细可调的分布反馈式半导体激光器装置及其制造方法。

背景技术

作为光纤通信系统的核心器件，分布反馈式(Distributed Feedback,DFB)半导体激光器由于体积小、结构简单而受到世人关注。普通的均匀光栅半导体激光器，其折射率是被周期性地均匀调制的。这种激光器在布拉格波长两侧，对称地存在两个谐振腔损耗相同并且最低的模式，称之为两种模式简并。为获得良好的单模特性，可以在均匀光栅的中心引入一个四分之一波长(λ/4)的真实相移，以消除模式简并，使激光器在其布拉格波长发生激射。

要加工这种真实相移DFB半导体激光器，其光栅的刻制需要纳米精度的控制，目前只有经过特殊处理的高精度电子刻写设备能够达到这样的加工精度。这种高精度电子刻写设备价格昂贵，需要耗费大量的时间才能加工生产这种真实相移均匀光栅，因而真实相移DFB半导体激光器的制作成本高昂，目前还不具备大规模产业化应用的能力。

为克服这种缺点，南京大学陈向飞教授提出了用带有等效相移的均匀取样光栅来代替真实相移均匀光栅的方法，来制作光纤通信系统所用的分布反馈式半导体激光器。这种做法的好处是能获得与真实相移光栅半导体激光器相同激射性能的等效相移取样光栅半导体激光器，但后者要求的加工精度比前者要低一到两个数量级，因而能大大降低加工的难度和成本。

但无论是等效相移取样光栅半导体激光器还是真实相移光栅半导体激光器，由于在制作过程中总是存在着各种偶然因素，会使得激光器的激射波长偏离设计的ITU－T标准。因而实际的分布反馈式半导体激光器，需要特殊的调谐装置，如电加热装置或改变注入电流等，来调节激光器的激射波长对准ITU－T标准。这些特殊的调谐装置会使得激光器的结构变得复杂，性能下降。

另一方面，由于对光通信网络传输容量的需求急剧增长，波分复用(Wavelengthdivision multiplexing,WDM)系统复用的信道数越来越多，这种通信系统需要用不同激射波长的激光器作光源。为减少由此带来的能耗和维护成本急剧上升问题，光子集成(Photonic integration circuit,PIC)是必然的选择。如果仍然采用电加热装置或改变注入电流的方式来来调节各单元激光器的激射波长对准ITU－T标准，那么除会导致各单元激光器输出激光功率严重不均衡外，还会造成激光器阵列结构异常复杂的问题。

实际上，利用等效相移取样光栅技术制成的多波长半导体激光器阵列，其各单元激光器的激射波长的单模成品率可以通过引入等效相移来保证，而其激射波长的整体漂移可以通过为激光器阵列芯片整体外加电辅热装置来完成。但研究发现在这样的激光器阵列芯片中，各单元激光器的激射波长对ITU－T标准的上下波动，一般情况下仍然经常会达到零点几个纳米范围，远超过密集波分复用通信系统中ITU－T规定的要求。这会导致多波长半导体激光器阵列芯片成品率严重下降的问题。

发明内容

针对现有技术中半导体激光器存在的上述不足，本发明提出了一种新的分布反馈式半导体激光器结构。

本发明的技术方案是：