一種雙波長可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種雙波長可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，該激 光器是一種具有雙層布拉格光柵的分布式布拉格反射激光器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光通信技術(shù)的日益發(fā)展，低成本的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器在接入網(wǎng)和數(shù)據(jù)交換 中有著非常大的應(yīng)用潛力和發(fā)展空間。另一方面，雙波長激光器由于其在太赫茲產(chǎn)生、光遠(yuǎn) 端探測和雙穩(wěn)態(tài)等方面的獨(dú)特優(yōu)勢，引起了人們的廣泛關(guān)注和研究。例如，基于雙波長激光 器，利用注入鎖定技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)波長和功率的雙穩(wěn)態(tài)，從而進(jìn)一步應(yīng)用于波長轉(zhuǎn)換、光存儲(chǔ) 和光開關(guān)等。所以，如果使激光器同時(shí)兼具雙波長輸出和波長可調(diào)諧特性，勢必會(huì)在諸多領(lǐng) 域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 為了實(shí)現(xiàn)單片集成的雙波長激光器，格拉斯哥大學(xué)的Francesca Pozzi等人提出 一種側(cè)向親合 DFB 激光器，報(bào)道于 "Dual-Wavelength InAlGaAs - InP Laterally Coupled Distributed Feedback Laser'，，IEEE Photonics Technology Letters, vol. 18, no. 24, 2006。這種激光器是在傳統(tǒng)DFB激光器的基礎(chǔ)上，獨(dú)辟蹊徑，將具有不同周期的兩組布拉格 光柵刻蝕在波導(dǎo)的兩側(cè)，每組光柵對應(yīng)一個(gè)激射波長，從而實(shí)現(xiàn)雙模激射。但是，由于受DFB 激光器本身特點(diǎn)的限制，無法實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的波長可調(diào)。
[0004] 2000年，在典型的分布式布拉格反射（DBR)激光器基礎(chǔ)上，美國伊利諾伊大學(xué) 的S. D Roh等人采用光柵級(jí)聯(lián)的方法，將具有不同周期的布拉格光柵前后級(jí)聯(lián)，通過改變 注入光柵區(qū)的電流實(shí)現(xiàn)了波長可調(diào)的雙波長激光器，其結(jié)構(gòu)如附圖1所示。相關(guān)研究報(bào) 道在"Single and Tunable Dual-Wave length Operation of an InGaAs - GaAs Ridge Waveguide Distributed Bragg Reflector Laser'，， IEEE Transactions on Photonics Letters，vol. 12，no. 1，2000。采用光柵級(jí)聯(lián)的方法，由于兩個(gè)激射波長所對應(yīng)的腔長不同， 會(huì)使得后光柵段所對應(yīng)的激射波長具有較大的損耗，從而導(dǎo)致功率不均衡。此外，將光柵級(jí) 聯(lián)將大大擴(kuò)展器件的體積，這對于光芯片的高集成化而言，是十分不利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種雙波長可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器， 旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中采用光柵級(jí)聯(lián)的方式，由于兩個(gè)激射波長所對應(yīng)的腔長不同，會(huì)使得 后光柵段所對應(yīng)的激射波長具有較大的損耗，從而導(dǎo)致功率不均衡的技術(shù)問題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種雙波長可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，該激光器包括 有源區(qū)、相位區(qū)和光柵區(qū)；從下往上依次附著有第一緩沖層、有源層和第一覆蓋層，所述第 一緩沖層、所述有源層和所述第一覆蓋層構(gòu)成了所述有源區(qū)；從下往上依次附著有第二緩 沖層、波導(dǎo)層和第二覆蓋層，所述第二緩沖層、波導(dǎo)層和第二覆蓋層構(gòu)成了所述相位區(qū)；從 下往上依次附著有第三緩沖層、光柵層和第三覆蓋層，所述第三緩沖層、光柵層和第三覆蓋 層構(gòu)成了所述光柵區(qū)；在所述第一覆蓋層的上表面設(shè)有第一電極，在第二覆蓋層的上表面 設(shè)有第二電極，在第三覆蓋層的上表面設(shè)有第三電極；所述有源區(qū)的左端面為解理面，所述 光柵區(qū)的右端面鍍有增透膜。
[0007] 更進(jìn)一步地，所述光柵層包括刻蝕在第三覆蓋層下表面的第一布拉格光柵和刻蝕 在第三緩沖層上表面的第二布拉格光柵；所述第一布拉格光柵的周期與所述第二布拉格光 柵的周期不同。
[0008] 更進(jìn)一步地，所述光柵層的有效折射率大于第三緩沖層的折射率；所述光柵層的 有效折射率大于所述第三覆蓋層的折射率。
[0009] 更進(jìn)一步地，所述有源層的帶隙小于所述波導(dǎo)層的帶隙；所述有源層的帶隙小于 所述光柵層的帶隙。
[0010] 更進(jìn)一步地，工作時(shí)，通過在所述第一電極中注入電流使得激光器開始工作；通過 改變所述第三電極的注入電流，使得光柵層的兩個(gè)布拉格反射峰同時(shí)發(fā)生移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對腔 內(nèi)縱模的選擇，來對激光器的輸出波長進(jìn)行粗調(diào)節(jié)；通過改變所述第二電極的注入電流，使 得所述波導(dǎo)層的折射率發(fā)生改變，整個(gè)激光器有效腔長發(fā)生改變，腔內(nèi)的縱模位置發(fā)生移 動(dòng)，來對激光器的輸出波長進(jìn)行細(xì)調(diào)節(jié)。
[0011] 更進(jìn)一步地，同一個(gè)時(shí)刻輸出的兩個(gè)波長之間的間距等于兩個(gè)光柵的布拉格反射 峰的間距。
[0012] 通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用上下放置的雙層 布拉格光柵結(jié)構(gòu)，可以很好的保證光柵反射譜中具有兩個(gè)完全相同的反射峰，采用上述光 柵結(jié)構(gòu)，激光器能夠?qū)崿F(xiàn)雙波長的穩(wěn)定輸出，同時(shí)波長可調(diào)。通過對光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化， 可以進(jìn)一步精確控制兩個(gè)反射峰之間的間距；同時(shí)，由于光柵上下放置，相比于采用光柵前 后級(jí)聯(lián)的方法，可以大大減小光柵的體積，結(jié)構(gòu)緊湊，利于集成。
【附圖說明】
[0013] 圖1為【背景技術(shù)】中采用光柵級(jí)聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)雙波長激射的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器縱 向截面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例縱向截面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖3是實(shí)施例中光柵區(qū)采用的雙層布拉格光柵的三維圖。
[0016] 圖4是實(shí)施例中雙層布拉格光柵的反射譜。
[0017] 圖5是實(shí)施例中改變光柵區(qū)電極注入電流得到的波長靜態(tài)調(diào)諧特性圖。
[0018] 圖6是實(shí)施例中改變相位區(qū)電極注入電流得到的波長靜態(tài)調(diào)諧特性圖。
[0019] 其中，1為有源區(qū)，2為相位區(qū)，3為光柵區(qū)，4為有源層，5為波導(dǎo)層，6為光柵層，7 為第一覆蓋層，8為第一緩沖層，9為第二覆蓋層，10第二緩沖層，11為第三覆蓋層，12為第 三緩沖層，13為解理面，14為增透膜，15為第一電極，16為第二電極，17為第三電極。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種雙波長可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，它不僅可以 實(shí)現(xiàn)雙波長激射，還能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)波長的同時(shí)調(diào)諧，光柵區(qū)可采用全息曝光的方法制作，具 有結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。
[0021] 本發(fā)明提供了一種雙波長可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，附圖2是其縱向截面圖。所述半 導(dǎo)體激光器包括有源區(qū)1、相位區(qū)2和光柵區(qū)3 ;從下往上依次附著有第一緩沖層8、有源層 4和第一覆蓋層7,第一緩沖層8、有源層4和第一覆蓋層7構(gòu)成了有源區(qū)1 ;從下往上依次 附著有第二緩沖層10、波導(dǎo)層5和第二覆蓋層9,所述第二緩沖層10、波導(dǎo)層5和第二覆蓋 層9構(gòu)成了相位區(qū)2 ;從下往上依次附著有第三緩沖層12、光柵層6和第三覆蓋層11，第三 緩沖層12、光柵層6和第三覆蓋層11構(gòu)成了相位區(qū)2 ;在第一覆蓋層7的上表面設(shè)有第一 電極15,在第二覆蓋層9的上表面設(shè)有第二電極16,在第三覆蓋層11的上表面設(shè)有第三電 極17 ;有源區(qū)1的左端面為解理面13,光柵區(qū)3的右端面鍍有增透膜14。
[0022] 光柵層6包括兩層布拉格光柵，第一布拉格光柵設(shè)置在第三緩沖層12的上表面， 第一布拉格光柵的凹槽中填充有與第三緩沖層12材料相同的材料，凸起中填充有與波導(dǎo) 層5材料相同的材料；第二布拉格光柵設(shè)置在第三覆蓋層11的下表面，且第二布拉格光柵 的凹槽中填充有與第三覆蓋層11材料相同的材料，凸起中填充有與波導(dǎo)層5材料相同的材 料。將兩個(gè)布拉格光柵上下放置，在光柵反射譜中可形成兩個(gè)布拉格反射峰，如附圖4所 示。相較于【背景技術(shù)】中采用光柵前后級(jí)聯(lián)的方法，本發(fā)明將光柵上下放置，可以大大減小整 個(gè)器件的體積。此外，采用光柵前后級(jí)聯(lián)的方法，由于兩個(gè)激射波長所對應(yīng)的激光器腔長是 不同的，后光柵的反射光場在激光器內(nèi)經(jīng)歷的損耗將會(huì)大于前光柵的反射光場在激光器內(nèi) 經(jīng)歷的損耗，導(dǎo)致兩個(gè)激射波長輸出功率不均衡。本發(fā)明中采用雙層光柵結(jié)構(gòu)，上下兩層光 柵的兩個(gè)布拉格反射波長共用同一個(gè)激光器腔長，從而保證兩個(gè)輸出波長的功率均衡。
[0023] 在本發(fā)明實(shí)施例中，第一緩沖層8、第二緩沖層10和第三緩沖層12的材料均可以 選用摻Si的N型材料InP ;