一種分布反饋激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及分布反饋激光器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著大容量超高速光纖通信技術(shù)的發(fā)展，高直調(diào)制速率的半導(dǎo)體激光器成長為光 纖通信系統(tǒng)和下一代光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件之一。在波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中，25Gb/s的高速直調(diào) 制激光器可用于構(gòu)成lOOGb/s的下一代W太網(wǎng)的發(fā)射機。在局域網(wǎng)的發(fā)展中，25G化調(diào)制帶 寬的高速直調(diào)制激光器則是實現(xiàn)40化/s光纖通信的關(guān)鍵器件，其中分布反饋化istr化uted 化e化ack，DFB)激光器由于其高功率和單縱模特性好而受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注和研究。
[0003] 分布反饋激光器采用折射率周期性變化的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)諧振腔的反饋，由于采用了平 面工藝，可W應(yīng)用于集成光路中與其他器件進行禪合和集成，適用范圍非常廣泛。目前分布 反饋激光器有多種實現(xiàn)方案，其中最主要的方案有兩種：一種是λ/4相移分布反饋激光器 (Utaka K.,Akiba S.,Sakai K.,et al.,λ/4-shifted InGaAsP/InP DFB lasers[J] .如antum Electronics,IE邸 Journal of ,1986,22(7) :1042-1051.):另一種是均勻光柵， 兩端面分別鍛高反膜和增透膜的分布反饋激光器（Razeghi Μ.，Blondeau R.，Krakowski M.,et al.Low-threshold distributed feedback lasers fabricated on material grown completely by LP-M0CVD[J].Quantum Electronics , IEEE Journal of,1985,21 (6):507-511.)。
[0004] 傳統(tǒng)λ/4相移分布反饋激光器是通過中屯、λ/4相移區(qū)引入的31相移，使得光柵布拉 格波長處滿足相位條件成為激光器的激射模式波長。同時由于光柵的布拉格波長位于反射 譜峰值，獲得的反射最強，所W位于布拉格波長處的模式具有比其他模式小得多的闊值增 益，因此該激光器能很好的單模工作，并具有高的邊模抑制比。由于激射波長就是光柵的布 拉格波長，所W可W通過控制光柵的周期來控制激光器的激射波長，因此該方案能實現(xiàn)精 確的激射波長控制W及高的成品率，在需要高成品率和精確波長控制的情況下，比如說分 布反饋激光器的陣列，都無一例外的采用了 λ/4相移的分布反饋激光器進行集成 (Kobayashi W.,Kanazawa S.,0hno Τ.,et al.,Monolithically integrated directly modulated DFB laser array with MMI coupler for 100 GBASE-LR4application[C]// Optical Fiber Communication Conference . Optical Society of America ,2015: Tu3I. 2.)。如果需要實現(xiàn)200微米或更短的激光器腔長，一種比較好的方案是在傳統(tǒng)λ/4相 移分布反饋激光器的兩端集成無源的分布布拉格反射區(qū)（如，Simoyama T.，Matsuda Μ.， Okumura S.,et al.,50-Gbps direct modulation using 1.3-ym AlGalnAs MQW distribute-reflector 1曰sers[C]//Europe曰n Conference 曰nd Exhibition on Optical Communication.Optical Society of America,2012:P2.11.)。另一種是可W通過我們之 前的專利（【申請?zhí)枴?01510354846Χ)中加入反射區(qū)的分布反饋激光器結(jié)構(gòu)來降低傳統(tǒng)λ/4相 移分布反饋激光器的闊值和提高輸出功率?？傮w來說采用λ/4相移進行選模的分布反饋激 光器采用了更復(fù)雜的光柵，增加了光柵制作的復(fù)雜性，并且相移區(qū)的存在會使得光子密度 高度聚集，在高注入電流下易引發(fā)空間燒孔效應(yīng)，邊模抑制比會發(fā)生急劇下降。
[0005] 如果采用均勻光柵，需要使用一端鍛高反膜、另一端鍛增透膜的方法使腔面反射 率非對稱，擾動均勻光柵分布反饋激光器中存在的兩個對稱的模式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)單模輸出。并 且一端鍛高反膜可W把闊值增益降低，在腔長為150微米的情況下可W實現(xiàn)超過30G化的直 調(diào)制帶寬化obayashi W.,Tadoko;ro T.,Ito T.,et al.,Hi曲-speed operation at 50化/ s and 60-km SMF transmission with 1.3-μηι InGaAlAs-based DML[C]//Semiconductor Laser ConferenceQ化C)，20122：3rd IE邸 International.IE邸，2012:50-51.)，但激光器 的邊模抑制比和成品率就會大大降低，無法實現(xiàn)多個激光器的集成。
[0006] 為解決上面的問題，現(xiàn)有的另一種實現(xiàn)短腔長的方式是在均勻光柵的分布反饋激 光器兩端集成無源的分布反射區(qū)（Matsuda M,Uetake A,Simoyama T,et al.l.3-ym-Wavelength AlGalnAs Multiple-Quantum-Wel1 Semi-Insulating Buried-Heterostructure Distributed-Reflector Laser Arrays on Semi-Insulating InP Subs化ate[J].2015.)。運兩個反射區(qū)不僅增強了整個激光器諧振腔的反饋因而能降低闊 值增益，同時仔細設(shè)計運兩個反射區(qū)等效折射率，使得反射區(qū)與有源區(qū)的反射譜峰值波長 錯位，使得均勻光柵中兩個對稱模式被破壞，最后得到單模輸出激光器。但運樣制作工藝變 得非常復(fù)雜，主要是兩端無源波導(dǎo)的集成需要對接再生長技術(shù)，其技術(shù)難度大，工藝復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種分布反饋激光器，W克服上述不足。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的采用均勻光柵選模并實現(xiàn)短腔長的分布反 饋激光器，所述激光器包括有源區(qū)和反射區(qū)，所述有源區(qū)注入電流;所述反射區(qū)在激光器非 輸出的一端;激光器輸出的一端的端面鍛有增透膜;所述有源區(qū)、反射區(qū)的光柵均為均勻分 布的分布反饋布拉格光柵，有源區(qū)、反射區(qū)的光柵周期相同，通過注入電流導(dǎo)致有源區(qū)和反 射區(qū)之間的有效折射率差進行選模。而不需要對有源區(qū)的折射率和光柵周期進行再設(shè)計。
[0009] 所述光柵為布拉格反射光柵，其周期Λ按照W下公式計算：
[0010]
[0011] 其中，m是光柵級數(shù)，λ是所述光柵所對應(yīng)的布拉格波長，在該波長處光柵能產(chǎn)生最 高的反射，neff為波導(dǎo)的有效折射率。所述的光柵級數(shù)m=l。
[0012] 所述有源區(qū)長度可W小于等于200微米，實現(xiàn)短腔長的分布反饋激光器。
[0013] 所述的分布反饋激光器，所述的反射區(qū)與有源區(qū)的波導(dǎo)采用相同的忍層結(jié)構(gòu)，反 射區(qū)的波導(dǎo)忍層同樣為有源量子阱材料。反射區(qū)的量子阱材料可W被激光器自身的出光累 浦到透明狀態(tài)，因而量子阱的吸收損耗可W減小到接近于零，最后波導(dǎo)的損耗即為有源區(qū) 波導(dǎo)的內(nèi)部損耗，通常的損耗在20cnfi量級。
[0014] 所述分布反饋激光器，其反射區(qū)的長度可W根據(jù)所需的反射率進行自定義，長度 越長，反射率越高，最高反射率可達到80 % W上，主要受到波導(dǎo)內(nèi)部損耗的限制。
[0015] 所述分布反饋激光器，其反射區(qū)的光柵禪合系數(shù)可W根據(jù)所需的反射率進行自定 義，禪合系數(shù)越大，反射率越高，同樣反射率可根據(jù)禪合系數(shù)調(diào)節(jié)到80 % W上。
[0016] 所述分布反饋激光器，其反射區(qū)的外端面部分選擇采用窗口區(qū)，或者帶水平傾斜 的端面，或者是鍛增透膜，或者是上述多種方法的結(jié)合，來減小反射。
[0017] 所述分布反饋激光器輸出端鍛增透膜，增透膜的反射率小于1%，W減小反射。
[0018] 所述輸出端面可W增設(shè)一段與反射區(qū)相同的光柵，該段與有源區(qū)具有同樣的波導(dǎo) 忍層結(jié)構(gòu)。該段光柵可W提供額外的反射，所W總體上可W降低激光器的激射闊值，使得激 光器可W在有源區(qū)部分長度進一步減小的情況下工作。
[0019] 與現(xiàn)有的分布反饋激光器相比，本發(fā)明引入了具有布拉格光柵的反射區(qū)，該反射 區(qū)與有源區(qū)采用相同的波導(dǎo)忍層，在有源