[发明专利]一种光注入型混沌光子集成器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子器件技术领域，特别涉及一种光注入型光子集成器件，实现单片光子器件产生宽带混沌激光，可应用于保密光通信、光网络及光子信号处理等领域。

背景技术

近年来，混沌激光的产生与应用受到越来越广泛的关注。半导体激光器具有体积小、价格低、应用范围广等优点，因此，基于半导体激光器产生混沌激光尤为受到关注和研究。目前，混沌激光已经在保密通信、汽车防撞雷达、光时域反射仪、高速真随机码发生器、传感和光学相干层析等领域具有巨大的优势和应用潜力。

毫无疑问，混沌激光光源是混沌激光应用中的关键部件。目前混沌激光光源主要还是集中于由分离的光、电器件构成。这存在着体积大、成本高、布局复杂、性能的稳定和可靠性差、功耗大、速率受限等缺点。随着新型微纳光子器件研究的进展和半导体制备工艺的不断提高，光子器件集成技术已经逐步应用到现行光通信系统中，并成为基于全光信号处理的高速光通信未来发展的必然趋势。因此，基于光子集成技术的混沌光子集成光源对混沌激光的应用具有重要的实用价值。

在先技术[1] (M. Yousefi, et al. New role for nonlinear dynamics and chaos in integrated semiconductor laser technology, Phys. Rev. Lett. 2007.) 公开了一种集成的脉冲碰撞锁模半导体激光器产生混沌激光的装置，然而该装置产生的混沌激光的带宽小于1 GHz，无法满足宽带的需要。在先技术[2] (A. Argyris, et al. Photonic integrated device for chaos applications in communications, Phys. Rev. Lett. 2008.) 公开了一种混沌光子集成器件，该器件集成了一个分布反馈半导体激光器(distributed feedback，缩写为DFB)、半导体光放大器(semiconductor optical amplifier, 缩写为半导体光放大器SOA)、相位区和无源光波导。因此，该器件实质上是一个单反馈型混沌光子集成器件。从公布的结果可以看出，该器件产生混沌激光的带宽约为9 GHz (小于10 GHz)。在先技术[3] (V. Z. Tronciu, et al. Chaos generation and synchronization using an integrated source with an air gap, IEEE J. Quantum Electron. 2010.) 公开了一种集成的混沌光源，包括一个分布反馈半导体激光器、两个无源光波导区、两个相位区和一个窄带气隙。区别于在先技术[2]中单反馈结构的是，该集成器件是一个双反馈型器件。结果显示，该器件产生的混沌激光的带宽小于7 GHz。在先技术[4] (S. Sunada, et al. Chaos laser chips with delayed optical feedback using a passive ring waveguide, Opt. Express 2011.) 公开了一种混沌光子集成器件，器件包括一个分布反馈半导体激光器、两个半导体光放大器半导体光放大器SOA、一个光电探测器(Photodiode, PD)和一段无源环形光波导。该无源环形光波导构成环形反馈腔，从而产生混沌激光。由于该器件仍然是光反馈方式产生的混沌激光，所以报道的结果显示产生的混沌激光的带宽仍然小于10 GHz。在先技术[1-4]由于自身结构和光反馈的原因，产生的混沌激光受限于单个分布反馈半导体激光器的弛豫振荡频率，带宽均无法超过10 GHz。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光注入型混沌光子集成器件及其设计方法。从而为宽带混沌激光的应用提供一种结构紧凑、性能稳定的宽带混沌激光光源。

本发明采用的技术方案为：一种光注入型混沌光子集成器件，在单片上集成一个主分布反馈半导体激光器DFB、一个半导体光放大器SOA、一段无源光波导和一个从分布反馈半导体激光器DFB，具体方案如下：

在N型衬底上依次外延生长N-InGaAsP下包层、无掺杂多量子阱(MQW)有源区、无掺杂InGaAsP、布拉格光栅区、P-InP包层、P-InP上包层、P-InGaAsP接触层。

在N型衬底和P-InGaAsP接触层上分别蒸Au/Ge/Ni和Au/Zn/Au后，形成N型电极和P型电极。选择性能好的芯条镀HR膜。