[发明专利]单片集成内反馈窄线宽半导体激光器

说明书

本发明涉及一种单片集成内反馈窄线宽半导体激光器，包括衬底，所述衬底上设置有通过同一材料体系形成的有源区和无源区，所述有源区设置有光激光增益放大结构，所述无源区设置有窄带滤波选模结构、前向光反馈结构和后向光反馈结构。本发明中，基于同一半导体材料体系有源无源混合生长制造平台的窄线宽半导体激光器，利用无源区对光的低损耗特性，以及窄带滤波选模结构对光的延迟特性，降低腔内损耗的同时，增加有效腔长，从而减小激光线宽；解决了目前内反馈窄线宽半导体激光器损耗大、腔长短、线宽大等难题，同时可以避免外反馈窄线宽激光器异质集成难度大的难题。

技术领域

本发明属于半导体激光器技术领域，涉及一种单片集成内反馈窄线宽半导体激光器。

背景技术

窄线宽半导体激光器具有窄线宽、低相位噪声、高相干性、小体积、低功耗、可直接电流驱动等优势，在光通信和光探测领域有广泛应用，如高速相干光通信、分布式传感、激光雷达等。针对kHz量级以及亚kHz量级光谱线宽的窄线宽半导体激光器，采用的方案一般可分为两种：一种是内反馈激光器方案，如DFB激光器、DBR激光器；另一种是外腔反馈激光器方案，如增益芯片同SOI外腔反馈芯片集成、增益芯片同FBG对准等。但是外腔反馈激光器方案涉及至少两种材料体系，而两种材料体系的对准耦合带来的复杂度、不稳定度均是目前业内的难题。而现有内反馈单片集成窄线宽激光器多基于DFB/DBR激光器，受限于InP基有源材料的较大吸收，该类方案实现窄光谱线宽一直存在局限性。激光器实现窄光谱线宽，需要长光子寿命，激光器腔长越长，则光子寿命越长，线宽越窄；同时激光器损耗越小，则线宽越窄。而有源区长度越长，则有源材料对光的吸收越大，激光腔内损耗越大，因此DFB/DBR激光器很难实现kHz量级的光谱线宽。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种低腔内损耗的单片集成内反馈窄线宽半导体激光器。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种单片集成内反馈窄线宽半导体激光器，包括衬底，所述衬底上设置有通过同一材料体系形成的有源区和无源区，所述有源区设置有光激光增益放大结构，所述无源区设置有窄带滤波选模结构、前向光反馈结构和后向光反馈结构，所述前向光反馈结构通过光波导与光激光增益放大结构的第一端连接或所述前向光反馈结构与光激光增益放大结构的第一端直接对接，所述光激光增益放大结构的第二端通过光波导与窄带滤波选模结构的第一端连接，所述窄带滤波选模结构的第二端通过光波导与后向光反馈结构连接。

进一步的，所述有源区采用体材料结构、多量子阱结构或者量子点结构；所述光激光增益放大结构沿光传播方向的长度大于或等于200μm。

进一步的，所述有源区和无源区的分区制备依托于有源无源混合生长平台，采用对接生长技术去掉部分有源区，在去掉的部分继续生长无源材料形成无源区。

进一步的，所述窄带滤波选模结构采用微环结构、回音壁结构或光子晶体结构，且所述窄带滤波选模结构具有相位延迟功能。

进一步的，所述窄带滤波选模结构的高透过谱光谱处于激光增益放大结构的增益光谱范围内，且所述高透过谱光谱的3dB谱宽小于1nm。

进一步的，所述前向光反馈结构和后向光反馈结构组合形成激光器谐振腔，用于提供腔内反馈；所述前向光反馈结构和后向光反馈结构提供的腔内增益大于腔内损耗；所述谐振腔的高反射谱光谱包含窄带滤波选模结构的高透过谱光谱位置。

进一步的，所述窄带滤波选模结构的高透过率谱光谱在激光器谐振腔高反射谱内的谱峰等于或少于4个。

进一步的，所述激光器整个光波导的长度配合光激光增益放大结构的长度进行优化设计，使得激光器谐振腔高反射谱内包括的激光器谐振腔纵模等于或少于4个。