CN102097745B - 对称刻蚀槽反射形成布拉格光栅的波长可调谐激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对称刻蚀槽反射形成布拉格光栅的波长可调谐激光器。包括增益波导、前布拉格反射镜和后布拉格反射镜，整个激光器在垂直方向由上包层、芯层和下包层构成。前布拉格反射镜由前波导以及沿前波导轴向等间隔排列的与前波导中心线两侧对称的前刻蚀槽组组成，后布拉格反射镜由后波导以及沿后波导轴向等间隔排列的与后波导中心线两侧对称的后刻蚀槽组组成，前、后刻蚀槽组中的刻蚀槽刻蚀穿过对应区域的芯层。本发明通过引入对称的刻蚀槽结构，降低额外损耗，提高了激光器性能；无需二次外延，制作工艺得到简化；前、后布拉格反射镜产生有差别的梳状反射光谱，由于游标效应，扩大了激光器的自由光谱区和波长调谐范围。

Description

对称刻蚀槽反射形成布拉格光栅的波长可调谐激光器

技术领域

本发明涉及半导体激光器，尤其涉及一种对称刻蚀槽反射形成布拉格光栅的波长可调谐激光器。

背景技术

波长可调谐的半导体激光器在现代通信、传感等领域有着广泛的应用。传统的波长可调谐激光器一般采用旋转光栅或者直接在波导芯层制作低阶布拉格光栅等结构进行模式选择，虽然性能可以达到较高水平，但由于制作或封装工艺复杂，导致成品率较低，成本居高不下。

最近，Byrne 等人在Journal of selected topics in quantum electronics, vol. 15, no. 3, 2009的论文“Discretely Tunable Semiconductor Lasers Suitable for Photonic Integration”,中提出了一种利用前后两个高阶光栅的游标效应实现可调谐激光器的方法。如图1所示，该方法利用在前波导和后波导顶部刻蚀等间隔浅刻蚀槽组的办法产生布拉格光栅所需的反射，前波导顶部的刻蚀槽组和后波导顶部的刻蚀槽组排列的周期是不相等的。与传统的采样光栅相比，Byrne等人浅刻蚀槽组的方案优点在于无需二次外延，从而简化了制作工艺，然而由于该方案的反射槽仅位于波导脊的上方，会带来较大的额外损耗，必须通过在光栅区引入较大的增益补偿这些损耗才能实现较好的模式选择特性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种对称刻蚀槽反射形成布拉格光栅的波长可调谐激光器，具有制作简便的优点，同时减小了额外损耗。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括增益波导、前布拉格反射镜和后布拉格反射镜，整个激光器在垂直方向由上包层、芯层和下包层构成。所述前布拉格反射镜由前波导以及沿前波导轴向等间隔排列的与前波导中心线两侧对称的前刻蚀槽组组成，所述后布拉格反射镜由后波导以及沿后波导轴向等间隔排列的与后波导中心线两侧对称的后刻蚀槽组组成，所述前刻蚀槽组和后刻蚀槽组中的刻蚀槽刻蚀穿过对应区域的芯层。

所述的等间隔前刻蚀槽组和等间隔后刻蚀槽组排列的周期是不相等。

所述的增益波导和后布拉格反射镜之间还包括一个相位调谐区。

所述的前波导和后波导相对于增益波导同侧倾斜角为5o～15 o。

本发明具有的有益效果是：

本发明通过引入对称的刻蚀槽结构作为反射体，大大降低了额外损耗，减小了对光栅区泵浦电流的依赖，提高了激光器性能；无需二次外延，从而简化了制作工艺；前、后布拉格反射镜产生有差别的梳状反射光谱，由于游标效应，扩大了激光器的自由光谱区和波长调谐范围。

附图说明

图1是作为背景技术的可调谐激光器结构示意图。

图2是本发明第一种实施方式的结构示意图。

图3是波导截面结构和光场分布图，点划线框中为背景技术中刻蚀槽所在位置，虚线框为第一种实施方式中刻蚀槽所在位置。

图4是本发明中的对称刻蚀槽结构（虚线）与背景技术（实线）中的波导脊刻蚀反射槽结构在不同透射系数下的反射系数比较。

图5是本发明第二种实施方式的结构示意图。

图6是本发明第三种实施方式的结构示意图。

图中：1、增益波导，2、前布拉格反射镜，3、后布拉格反射镜， 5、上包层，6、芯层，7、下包层，8、相位调谐区，21、前波导，22、前刻蚀槽组，31、后波导，32、后刻蚀槽组。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图2所示，是本发明的第一个实施方案。包括增益波导1、前布拉格反射镜2和后布拉格反射镜3，整个激光器在垂直方向由上包层5、芯层6和下包层7构成。所述前布拉格反射镜2由前波导21以及沿前波导21轴向等间隔排列的与前波导21中心线两侧对称的前刻蚀槽组22组成，所述后布拉格反射镜3由后波导31以及沿后波导31轴向等间隔排列的与后波导31中心线两侧对称的后刻蚀槽组32组成，所述前刻蚀槽组22和后刻蚀槽组32中的刻蚀槽刻蚀穿过对应区域的芯层6。

所述的等间隔前刻蚀槽组22和等间隔后刻蚀槽组32排列的周期是不相等。从而可以利用前后布拉格镜之间的游标效应扩大激光器的自由光谱区和调谐范围。

当光波通过前波导21到达前刻蚀槽组22的某一刻蚀槽时，由于槽的作用，光波一部分会被反射回去，一部分会透射过去，继续向前传播，此外，还将有一部分光被散射，无法回到前波导21继续传播，被损耗掉。假设单个刻蚀槽产生的反射系数为r，透射系数为t。由于单个槽产生的反射极小，可以忽略高次反射，因此前刻蚀槽组22的总体反射系数可以表示为：

其中Ｎ为刻蚀槽数目，

为槽间距，ｇ，

为前波导22的增益和折射率,ｋ为真空中的波数。从上式可以看出，前刻蚀槽组22可以产生一个梳状反射谱，其反射峰的尖锐程度由

决定，而总体反射率则和单个刻蚀槽的反射系数r有关。

为提高激光器的模式选择特性，必须增加反射峰的尖锐程度，这可以通过增加单个槽的透射t或者提高增益ｇ来实现。然而增加透射系数t会导致r的迅速下降，从而大大提高激光器的阈值电流甚至导致激光器无法起振。

典型的激光器波导截面和光场分布如图3所示。从图中可以看出，背景技术中的刻蚀槽（点划线框内）仅仅将光场上部的一部分反射，由于这种非对称的反射作用，会使得光场有很大一部分被散射到下包层7后损耗掉，而在本发明中，刻蚀槽是左右对称（虚线框内）的，因散射引起的损耗会大大减少。

分别采用背景技术（实线）和本发明(虚线)的结构，在同样透射系数下可获得的最大反射系数如图4所示。在达到同样透射系数的条件下，本发明所采用的结构能获得的反射系数更大，因此性能更好。

如图5所示，是本发明的第二个实施方案。与第一个实施方式相比，在该实施方案中所述的增益波导1和后布拉格反射镜3之间还包括一个相位调谐区8，从而可以更精确的控制波长，实现激光器输出波长的连续或准连续调谐。

如图6所示，是本发明的第三个实施方案。与第一个实施方式相比，在该实施方案中，所述的前波导21和后波导31相对于增益波导1同侧倾斜角为5o～15o。从而减少芯片解理面反射对激光器输出光谱的影响，提高激光器稳定性。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制。在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种对称刻蚀槽形成布拉格光栅的波长可调谐激光器，包括增益波导(1)、前布拉格反射镜和后布拉格反射镜，整个激光器在垂直方向由上包层(5)、芯层(6)和下包层(7)构成；其特征在于：所述前布拉格反射镜(2)由前波导(21)以及沿前波导(21)轴向等间隔排列的与前波导(21)中心线两侧对称的前刻蚀槽组(22)组成，所述后布拉格反射镜(3)由后波导(31)以及沿后波导(31)轴向等间隔排列的与后波导(31)中心线两侧对称的后刻蚀槽组(32)组成，所述前刻蚀槽组(22)和后刻蚀槽组(32)中的刻蚀槽刻蚀穿过对应区域的芯层(6)；所述的等间隔前刻蚀槽组(22)和等间隔后刻蚀槽组(32)排列的周期是不相等。

2.根据权利要求1所述的一种对称刻蚀槽形成布拉格光栅的波长可调谐激光器，其特征在于：所述的增益波导(1)和后布拉格反射镜(3)之间还包括一个相位调谐区(8)。

3.根据权利要求1所述的一种对称刻蚀槽形成布拉格光栅的波长可调谐激光器，其特征在于：所述的前波导(21)和后波导(31)相对于增益波导(1)同侧倾斜角为5°～15°。

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