CN106030937A - 可调谐激光器装置 - Google Patents

可调谐激光器装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106030937A
CN106030937A CN201580008734.7A CN201580008734A CN106030937A CN 106030937 A CN106030937 A CN 106030937A CN 201580008734 A CN201580008734 A CN 201580008734A CN 106030937 A CN106030937 A CN 106030937A
Authority
CN
China
Prior art keywords
section
grating
prague
tunable laser
longitudinal end
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201580008734.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106030937B (zh
Inventor
N·希莫
H·德布戈雅-西拉德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alcatel Lucent SAS
Alcatel Optical Networks Israel Ltd
Original Assignee
Alcatel Optical Networks Israel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alcatel Optical Networks Israel Ltd filed Critical Alcatel Optical Networks Israel Ltd
Publication of CN106030937A publication Critical patent/CN106030937A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106030937B publication Critical patent/CN106030937B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/1225—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers with a varying coupling constant along the optical axis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
    • H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
    • H01S5/06258—Controlling the frequency of the radiation with DFB-structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
    • H01S5/1064—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying width along the optical axis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/1206—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers having a non constant or multiplicity of periods
    • H01S5/1215—Multiplicity of periods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/1228—DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/1237—Lateral grating, i.e. grating only adjacent ridge or mesa
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/124—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers incorporating phase shifts

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

一种可调谐激光器装置包括多区段分布式反馈DFB激光器，所述多区段DFB激光器具有：第一布拉格区段(3)，其包括波导(6)及布拉格光栅，第二布拉格区段，其包括波导及布拉格光栅，相位区段(2)，其纵向地位于所述第一布拉格区段与所述第二布拉格区段之间，所述相位区段是由无源材料制成，每一布拉格区段具有接合所述相位区段的第一纵向端及与所述相位区段相对的第二纵向端，其中至少一个布拉格区段的所述布拉格光栅具有光栅耦合系数，所述光栅耦合系数从所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端到所述第二纵向端减小。

Description

可调谐激光器装置
技术领域
本发明涉及用于光学通信中的发射装置的领域，尤其涉及适合于波分多路复用系统的可调谐激光器。
背景技术
为对对于信息的传输中的流动速率的不断增长的需要作出响应，使用波分多路复用系统(WDM)。WDM在于在单个光纤中组合处于不同波长的多个信号。根据此方法，光纤的全局流动速率为所有信号的流动速率的和。然而，必须在发射中及在接收中精确地控制每一信号的波长以避免信号干扰。
信号的发射的未经控制波长可致使所述信号以与同一光纤中的另一信号相同的波长流动，从而致使两个信号的质量均下降。此类干扰也被称为光谱碰撞。接收器装置对未经控制信号的接收也可导致两个信号的质量的降级或甚至导致对除打算到达所述接收器装置的信号以外的另一信号的检测。为控制由光纤传输的每一信号的波长，可在WDM中使用具有可调谐波长的光学发射器装置。
发明内容
在实施例中，本发明提供一种可调谐激光器装置，其包括多区段分布式反馈(DFB)激光器，所述多区段DFB激光器具有：
-第一布拉格(Bragg)区段，其呈有源材料，包括呈伸长条带的形式的波导及垂直于所述波导的所述条带的长度方向延伸的多个齿，所述光栅齿形成布拉格光栅，
-第二布拉格区段，其呈有源材料，包括呈伸长条带的所述形式的波导及垂直于所述波导的所述条带的所述长度方向延伸的多个齿，所述光栅齿形成布拉格光栅，
-相位区段，其纵向地位于所述第一布拉格区段与所述第二布拉格区段之间，所述相位区段是由无源材料制成，每一布拉格区段具有接合所述相位区段的第一纵向端及与所述相位区段相对的第二纵向端，
其中至少一个布拉格区段的所述布拉格光栅具有光栅耦合系数，所述光栅耦合系数从所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端到所述第二纵向端减小。
根据实施例，此类可调谐激光器装置可包括以下特征中的一者或多者。
在实施例中，两个布拉格区段均具有从其第一纵向端到其第二纵向端减小的光栅耦合系数，光栅耦合系数具有相反梯度。
在实施例中，所述布拉格区段包括呈伸长条带的所述形式的光栅层，所述光栅层包括所述光栅齿。
在实施例中，沿所述光栅层的所述条带的所述纵向方向的所述光栅齿的所述长度从所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端到所述第二纵向端减小。在此实施例中，沿所述光栅层的所述条带的纵向方向的所述光栅齿的长度从所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端到所述第二纵向端沿所述布拉格区段的长度的50％或50％以上的所述光栅层的所述条带的所述纵向方向从所述光栅层的所述条带中的所述光栅齿的初始填充比率增加，或者从所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端到所述第二纵向端沿所述布拉格区段的所述长度的50％或50％以下的所述光栅层的所述条带的所述纵向方向从所述光栅层的所述条带中的所述光栅齿的初始填充比率减小。
在实施例中，沿所述光栅层的所述条带的所述纵向方向的所述光栅层的所述条带中的所述光栅齿的所述初始填充比率在所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端处介于所述布拉格区段的所述长度的55％与45％之间。举例来说，所述光栅齿的填充比率可从55％增加到90％或可从50％减小到10％。
在实施例中，每一光栅齿沿所述光栅层的所述条带的所述纵向方向具有相同长度，且增加数目的光栅齿从所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端到所述第二纵向端被抑制。
在实施例中，所述布拉格光栅位于所述至少一个布拉格区段的所述波导中，所述光栅齿是直接在所述波导中被蚀刻。在此实施例中，沿垂直于所述波导的所述条带的所述纵向方向的宽度方向的所述光栅齿的横向深度从所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端到所述第二纵向端减小。在实施例中，所述布拉格光栅位于所述至少一个布拉格区段的所述波导的侧上，所述光栅齿是直接在所述波导的所述侧中被蚀刻。在另一实施例中，所述布拉格光栅位于所述至少一个布拉格区段的所述波导的中心上，所述光栅齿是直接在所述波导的中心被蚀刻。
在实施例中，从所述至少一个布拉格区段的第一端到第二端，至少一个布拉格区段中的所述光栅齿的形状从一形状演变到另一形状。
在实施例中，所述相位区段由具有介于1.3μm与1.45μm之间的带隙的半导体材料制成。
在实施例中，所述布拉格区段中的一者比另一布拉格区段长。
在实施例中，沿所述至少一个布拉格区段的所述纵向方向的所述相位区段的长度为100μm。
在实施例中，沿垂直于所述光栅层的所述条带的所述纵向方向及所述宽度方向的深度方向，位于所述光栅层与所述波导之间的空间层的厚度从所述至少一个布拉格区段的所述第一端到所述第二端增加。
在实施例中，光栅层材料的指数从所述至少一个布拉格区段的所述第一端到所述第二端减小。
在实施例中，所述相位区段包含能够将电流注入于所述相位区段中的电极。在实施例中，每一布拉格区段包含能够将电流注入于所述布拉格区段中的电极。
在实施例中，本发明还提供一种光子集成电路，其包含：
-如上文所描述的可调谐激光器，
-调制器，其连接到所述可调谐激光器以接收待调制的所述可调谐激光器的输出信号。
在实施例中，本发明还提供一种光子集成电路，其包含：
-如上文所描述的可调谐激光器，
-光电二极管，所述光电二极管位于所述可调谐激光器的一端处以监测所述可调谐激光器的光功率。
在实施例中，本发明还提供一种光学通信终端，其包含如此处上文所描述的可调谐激光器。
本发明还提供一种用于制作多区段分布式反馈可调谐激光器的方法，所述方法包括：
-在衬底上生长波导层，
-在所述波导层上生长光栅层，
-将第一掩模沉积于第一布拉格区段及第二布拉格区段上，
-在所述第一布拉格区段与所述第二布拉格区段之间的相位区段中向下蚀刻所述光栅层直到所述衬底，
-在所述相位区段中生长无源材料，
-抽出所述第一掩模，
-将第二掩模沉积于所述衬底上，所述第二掩模完全覆盖所述相位区段中的所述无源材料且部分地覆盖所述第一布拉格区段及所述第二布拉格区段中的所述光栅层，所述第二掩模在所述布拉格区段中具有覆盖比率，
其中至少一个布拉格区段中的所述掩模的所述覆盖比率从所述至少一个布拉格区段的接合所述相位区段的第一纵向端到所述至少一个布拉格区段的与所述相位区段相对的第二纵向端减小，
-蚀刻所述第一布拉格区段及所述第二布拉格区段的未被所述第二掩模覆盖的区域中的所述光栅层以便产生布拉格光栅，其中所述至少一个布拉格区段中的所述布拉格光栅具有光栅耦合系数，所述光栅耦合系数从所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端到所述第二纵向端减小。
本发明还提供一种用于制作多区段分布式反馈可调谐激光器的方法，所述方法包括：
-在衬底上生长波导层，
-将第一掩模沉积于第一布拉格区段及第二布拉格区段上，
-在所述第一布拉格区段与所述第二布拉格区段之间的相位区段中向下蚀刻所述波导层直到所述衬底，
-在所述相位区段中生长无源材料，
-抽出所述第一掩模，
-将第二掩模沉积于所述衬底上，所述第二掩模覆盖所述相位区段中的所述无源材料的条带且部分地覆盖所述第一布拉格区段及所述第二布拉格区段的条带，所述第二掩模在所述布拉格区段中具有覆盖比率，
其中至少一个布拉格区段中的所述掩模的所述覆盖比率从所述至少一个布拉格区段的接合所述相位区段的第一纵向端到所述至少一个布拉格区段的与所述相位区段相对的第二纵向端增加，
-蚀刻所述第一布拉格区段及所述第二布拉格区段的未被所述第二掩模覆盖的区域中的所述波导以便在所述波导的侧上产生布拉格光栅，且其中所述至少一个布拉格区段中的所述布拉格光栅具有光栅耦合系数，所述光栅耦合系数从所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端到所述第二纵向端减小。
本发明起源于对需要精确地控制光纤传输系统中的每一激光器的发射波长的观察。用简单机构调谐激光器波长(～1nm到2nm调谐范围)的可能性对于在反馈回路中进行准确且简单的波长控制以确保每一激光器在所要波长上(例如在标准化国际电信联盟(ITU)波长上)精确地发射为有利的。
本发明基于的理念在于提供大频率调制能力以便以快速响应产生可(举例来说)用于相干传输中的特定格式。
本发明的另一方面为提出一种具有简单控制的可调谐激光器。本发明的另一方面为提出一种为低功率消耗的可调谐激光器。本发明的另一方面为将操作激光器保持处于低温下。本发明的另一方面为提供一种具有稳定输出功率的可调谐激光器。本发明的另一方面为提供不具有模式跳跃的此激光器。本发明的理念还为提供一种可调谐激光器同时维持单模态特性。
附图说明
将从下文参考图式以实例方式描述的实施例明了且参考所述实施例阐明本发明的这些及其它方面。
-图1到5表示可调谐激光器的制作方法，所述可调谐激光器具有介于两个布拉格区段之间的由无源材料制成的中心区段；
-图6到9表示图1到5的可调谐激光器中的布拉格光栅的制作方法；
-图10示意性地图解说明可用图1到5的方法制作的可调谐激光器的实施例；
-图11图解说明通过图10的可调谐激光器中的分布式布拉格反射性进行的法布里-珀罗(Fabry-Perot)模式选择的示意图；
-图12及13图解说明图10的可调谐激光器的阻带内部的模式的示意图；
-图14及15表示具有介于两个布拉格区段之间的由无源材料制成的中心区段的可调谐激光器，所述两个布拉格区段具有处于相反定向中的可变光栅耦合系数；
-图16示意性地图解说明在另一实施例中的DFB激光源的俯视图横截面；
-图17是根据图16中的光栅齿15的深度的光栅耦合系数的图形表示；
-图18是可调谐激光器的调谐能力随光栅强度调制变化的图形表示；
-图19是调谐范围以及具有恒定光栅耦合系数的第一DFB及具有可变光栅耦合系数的第二DFB的行为的图形表示，所述第一DFB及所述第二DFB两者是用第一实例中的相同晶片而制作；
-图20是调谐范围以及具有恒定光栅耦合系数的第一DFB及具有可变光栅耦合系数的第二DFB的行为的图形表示，所述第一DFB及所述第二DFB两者是用第二实例中的相同晶片而制作。
具体实施方式
图1到5图解说明在多区段分布式反馈激光器(DFB)1的制作过程的不同步骤期间所述多区段分布式反馈激光器的横向横截面。DFB激光器1具有位于两个布拉格区段3之间的中心区段2。中心区段2(下文称为相位区段2)是由无源材料制成。布拉格区段3是由有源材料制成。布拉格区段3中的电流注入产生光输出功率。相位区段2中的电流注入允许波长调谐。
为制作此DFB激光器1，晶片4包含衬底层5，为有源结构的第一层6外延地生长于所述衬底层上(图1)。衬底层5为(举例来说)InP层。有源层6(举例来说)由层的堆叠制成，举例来说使用由具有较高带隙的InGaAsP势垒分离的InGaAsP或InGaAlAs多量子阱制成。
在有源层6的生长之后，间隔层7生长于有源层6上。间隔层7可由任何适合材料(举例来说与衬底层5(即InP层)相同的材料)制成。
光栅层8外延地生长于间隔层7上。根据一定由光栅层8反射的波长来选择用于生长此光栅层8的材料，所述波长对应于在使用中的DFB激光器1的发射的波长。通常，光栅层8对选定波长为透明的。优选地，光栅层8呈现与InP对比的高指数。举例来说，光栅层由四元InGaAsP材料制成，所述四元InGaAsP材料针对在1.55μm左右的C频带中操作的组件具有对应于介于1.17微米与1.4微米(分别由Q1.17及Q1.4指示)之间的光致发光波长的能隙。
为形成由无源材料制成的相位区段2，掩模9沉积于晶片4的上部面上。此掩模9在对应于制作于晶片4上的DFB激光器1的相位区段2的区域中断开。针对制作于晶片4上的每一DFB激光器1，相位区段2具有(举例来说)100μm的长度。晶片4可包括数百个此类DFB激光器1。此长度保证360°相移以覆盖整个可调谐性范围(无论初始任意相位条件为何)。在未经图解说明的实施例中，相位区段2为纵向无中心的以优化激光器的输出功率。其上沉积有掩模9的纵向区段将形成布拉格区段3。此掩模9为(举例来说)SiO2掩模。如在图2中所展示，在未经掩蔽区段中蚀刻晶片。根据任何适合方法(举例来说机械或化学蚀刻方法)来执行此蚀刻步骤。
相位区段2接着重新生长有无源层(图3)。此重新生长可通过不同外延方法而进行，如举例来说MBE(分子束外延)、MOVPE(金属有机气相外延)或其它。相位区段2由厚的半导电材料制成，所述半导电材料具有根据在使用中的DFB激光器1的发射的波长而选择的带隙，通常具有对应于介于1.3μm与1.45μm之间的光致发光波长的能隙。
由于在外延重新生长步骤期间仅多晶体11生长于SiO2掩模9上，因此可将掩模9简单地剥离且所获得的结构4包含位于具有有源层6及光栅层8(图4)的两个侧区段之间的由无源材料制成的相位区段2。用以制作DFB激光器的此过程被称为对接接头过程，然而也可使用其它过程来制作DFB激光器。
如下文参考图6到9所解释，接着在两个布拉格区段3中蚀刻布拉格光栅(图5)。在蚀刻两个布拉格光栅之后，在两个光栅层8上且在相位区段2上进行InP重新生长12。图6到9表示在于图1到5的可调谐DFB激光器1中的布拉格光栅的制作过程期间布拉格光栅的横向横截面。
为制作布拉格区段3，使用掩模13(举例来说呈SiO2)。此掩模13覆盖整个晶片4，尤其是相位区段2。掩模13使用(举例来说)电子束写入及干式蚀刻过程而经局部地蚀刻，从而产生覆盖光栅层8的掩模13的多个部分14(图6)。
当形成掩模13的所有部分14时，机械地或化学地蚀刻晶片4(图7)。由蚀刻产生多个形状15(下文称为光栅齿15)。一旦形成这些光栅齿15，便将掩模13移除(图8)且进行外延重新生长16以获得最后的布拉格光栅(图9)。
可根据用于晶片的材料及/或根据蚀刻过程而通过多种方法制作掩模13。举例来说，掩模13可呈光致抗蚀剂。过程还可包含制作呈光致抗蚀剂的第一掩模以便形成呈SiO2的第二掩模。举例来说，第二SiO2掩模可覆盖有均匀光致抗蚀剂层。光致抗蚀剂掩模层可接着经局部绝缘(通常运用电子束写入设备)且经显影，借此形成开口。此掩模接着用于蚀刻SiO2掩模13，借此将开口转移到SiO2。
图10示意性地图解说明可运用图1的方法制造的可调谐激光器的实施例。
在此图解中，用光栅层的规则布拉格光栅17(即用具有恒定耦合系数的布拉格光栅17)示意性地表示两个布拉格区段3。相位区段2不具有任何布拉格光栅且由关于操作波长的无源材料制成。
装置的激射峰值等效于中心伪腔18的法布里-珀罗模式，所述中心伪腔大致由相位区段2构成且两倍于光学模式到两个布拉格区段3中的穿透深度19。通常，由以下等式定义DFB激光器1的自由光谱范围20(FSR，在图11上所展示)：
其中ngBragg及分别为布拉格区段及相位区段的群组指数，且其中Lp为光学模式的穿透深度，且为相位区段2的长度21。
图11图解说明由图10的DFB激光器1进行的法布里-珀罗模式选择的示意图。更特定来说，图11展示每一布拉格区段的反射性(从相位区段的末端可见)及DFB激光器1中的法布里-珀罗伪腔18的不同模式23。在使用中，通过布拉格区段3的布拉格反射性22来选择激射峰值。选定激射峰值对应于具有最接近于布拉格反射性的最大值的波长的法布里-珀罗伪腔的模式。
当电流经注入于相位区段2中时(举例来说使用包含于相位区段2中的电极)，相位区段2的折射率主要通过等离子效应而减小。因此，相位条件经修改，从而产生波长调谐，如通过箭头24由符号表示。通过电流注入，通过布拉格反射性22选择的法布里-珀罗模式23经蓝移位，从而产生朝向具有较高波长的法布里-珀罗伪腔的下一模式的模式跳跃。
图12及13图解说明图10的可调谐激光器的阻带内部的模式的示意图。针对给定装置结构可实现的调谐范围处于限于法布里-珀罗伪腔18的FSR 20的第一级。布拉格反射性22中包含的仅模式23被DFB激光器1反射。相位区段2中的电流注入允许改变选定模式。
为增加DFB激光器1的调谐范围，需要增加FSR 20，即减小法布里-珀罗伪腔18的长度。首先，尽可能地减小相位区段的长度，但所述长度必须保持足以提供360°相位调谐，这通常导致其为100微米。其次，通过增加布拉格区段的耦合系数而减小布拉格穿透长度。然而，高耦合系数扩宽布拉格反射性光谱22，从而导致法布里-珀罗伪腔的不良模式选择性及最终多模态操作。
为保持允许单模态行为同时减小法布里-珀罗伪腔18的长度的光栅耦合系数的平均值，DFB激光器1使用沿着布拉格区段3的可变光栅耦合系数。通常，此可变光栅耦合系数在相位区段的两侧上具有强光栅耦合系数以减小穿透长度，且这些光栅耦合系数逐渐减小直到布拉格区段3的纵向边缘以将光栅耦合系数的平均值保持处于与标准操作激光器条件兼容的值。光栅间距的写入时间可与用于标准光栅的写入时间一样短。
使用可变光栅使得能够将接近于相位区段的光栅耦合系数的值增加到更高值处以减小法布里-珀罗伪腔18的长度。但是，光栅耦合系数的平均值经保持为充分低以维持充分模式选择性。现在参考图14、15及5来描述此DFB激光器1的不同实施例。在图18中图解说明此DFB激光器1的可调谐能力，其中经模拟调谐范围经绘制为沿着DFB激光器区段的光栅强度调制的函数。在图18中，沿着以nm为单位的纵坐标轴表示有效运行Y且沿着以cm-1/μm为单位的横坐标表示光栅强度调制X。
图14及15图解说明可调谐激光器的实施例的横向横截面，所述可调谐激光器具有介于具有可变光栅耦合系数的两个布拉格区段之间的由无源材料制成的中心区段。两个布拉格区段的光栅耦合系数的变化处于相反定向中。
根据此实施例进行的DFB激光器1的制作包含与如关于图1到5所描述的DFB激光器1的制作相同的步骤。然而，用于蚀刻光栅层8的掩模13具有旨在将布拉格区段3的光栅耦合系数从每一布拉格区段3的一个纵向端到另一纵向端改变的特定形状。更特定来说，光栅层8的光栅耦合系数从相位区段2到DFB激光器1的每一纵向边缘24减小。
为制作此DFB激光器1，用于蚀刻光栅齿15的掩模13包含具有不同特性的多个部分14。举例来说，为制作如在图14中可见的DFB激光器1，在两个布拉格区段3上的用于掩模13的部分14的长度从相位区段2到DFB激光器1的纵向边缘24逐渐减小，同时保持齿之间的恒定间距。由于用于掩模13的部分14的长度从相位区段2到DFB激光器1的纵向边缘24逐渐减小，因此由光栅齿14的蚀刻的步骤产生的光栅齿15的长度也从相位区段2到DFB激光器1的纵向边缘24减小。光栅齿15的长度的此缩小导致光栅层8的填充比率的缩小。
图15展示其中光栅层8的耦合系数从相位区段2到DFB激光器1的纵向边缘24逐渐减小的另一实施例。在此实施例中，每一光栅齿15的长度沿着布拉格区段3为相同的，但增加数目的光栅齿15从相位区段2到DFB激光器1的纵向边缘24被抑制，从而产生减小的光栅耦合系数。
从相位区段2到DFB激光器1的纵向边缘24的光栅层8填充比率的减小及/或光栅齿15的渐进抑制确保如上文所描述的布拉格区段3中的光栅耦合系数的变化。
图16示意性地图解说明在另一实施例中的DFB激光器1的俯视图横截面。
在此实施例中，布拉格光栅是直接在波导层6中被蚀刻。更特定来说，光栅齿15是直接在波导侧壁25中被横向地蚀刻。接着在旨在获得波导6的条带的形式的蚀刻步骤期间，光栅齿15在波导层6中被蚀刻。
光栅齿15沿着布拉格区段3的深度26的变化允许布拉格区段3中的光栅耦合系数的变化。光栅齿15的深度26从相位区段2到DFB激光器1的纵向边缘24减小确保在相位区段2旁边的高光栅耦合系数及在DFB激光器1的纵向边缘24上的较低光栅耦合系数。关于在图14或15中所图解说明的DFB激光器1，光栅齿15沿着布拉格区段3的深度26的变化确保较大调谐范围同时维持DFB激光器1的单模态行为。在图17上图解说明光栅耦合系数的变化的实例，所述图展示根据光栅齿15在其处经蚀刻的波导层6的宽度27(参见图16)(以μm为单位沿着横坐标轴表示)的光栅耦合系数Z(以cm-1为单位沿着纵坐标轴表示)的图形表示。以类似方式，也可替代在波导的边缘中而在波导的中心蚀刻凹入部，其中从相位区段2到装置端24具有减小的宽度。
可在DFB激光器区段中使用布拉格光栅的不同变化(线性减小、幂减小、指数减小及其它)。可变布拉格光栅可用于塑形DFB激光器区段的布拉格反射性(振幅及半峰全宽)以修改模式选择性。可通过使用不同技术来实施布拉格光栅的变化。
图18是可调谐激光器的调谐范围随光栅强度调制变化的图形表示。
图18表示通过用单个模式操作在DFB激光器1的相位区段2中的电流注入的可实现调谐范围(针对40cm-1或50cm-1的平均光栅系数)。当光栅耦合系数为恒定时(调制强度＝0cm-1/μm)，两个曲线的调谐范围介于1.15nm与1.17nm之间。当存在光栅强度的调制时(同时保持此恒定平均值)，DFB激光器1保持单模态行为，但可调谐范围可大幅增加。举例来说，在40cm-1的光栅强度平均值的情况下(表示于曲线36上)，沿着DFB激光器1的为0.3cm-1/μm的光栅强度的调制确保介于1.3nm与1.35nm之间的调谐范围宽度。在50cm-1的光栅强度平均值及光栅强度的0.3cm-1/μm的调制的情况下(表示于曲线37上)，可调谐范围宽度可增加到1.25nm。
最后，无论初始任意相位条件为何，均实现并完全覆盖较大调谐范围。这些较好的调谐特性是与良好的静态激光器性能(低阈值电流及高光输出功率)一起，且在不修改DFB激光器的温度的情况下实现的。
由于对波长的精确控制，因此可调谐激光器也可用于传输作为对光频率的调制的数据(即通过将基带信号施加到调谐电极)。
图19是调谐范围W(以nm为单位沿着纵坐标轴表示)以及具有恒定光栅耦合系数的第一DFB及具有可变光栅耦合系数的第二DFB的行为的图形表示，所述第一DFB及所述第二DFB两者是用第一实例中的相同晶片而制作。
在具有由无源材料制成且为100μm的长度的相位区段的相同晶片中，实验测量展示：
-82cm-1的恒定光栅耦合系数28导致具有小于0.4nm的调谐范围的多模态行为；
-75cm-1的恒定光栅耦合系数29导致具有0.4nm的调谐范围的多模态行为；
-从在相位区段旁边的98cm-1开始且减小到DFB激光器的边缘上的66cm-1(因此保持82cm-1的平均光栅耦合系数)的可变光栅耦合系数30导致具有大于0.8nm的调谐范围的单模态行为；
-从在相位区段旁边的98cm-1开始且减小到DFB激光器的边缘上的52cm-1(因此保持75cm-1的平均光栅耦合系数)的可变光栅耦合系数31导致具有大于0.8nm的调谐范围的单模态行为。
图20是调谐范围W(以nm为单位沿着纵坐标轴表示)以及具有恒定光栅耦合系数的第一DFB及具有可变光栅耦合系数的第二DFB的行为的图形表示，所述第一DFB及所述第二DFB两者是用第二实例中的相同晶片而制作。
对具有由无源材料制成且为100μm的长度的相位区段的另一晶片进行的另一实验展示：
-82cm-1的恒定光栅耦合系数32导致具有小于1nm的调谐范围的多模态行为；
-75cm-1的恒定光栅耦合系数33导致具有大于0.8nm的调谐范围的单模态行为；
-从在相位区段旁边的98cm-1开始且减小到DFB激光器的边缘上的66cm-1(因此保持82cm-1的平均光栅耦合系数)的可变光栅耦合系数34导致具有大于1.2nm的调谐范围的单模态行为；
-从在相位区段旁边的98cm-1开始且减小到DFB激光器的边缘上的52cm-1(因此保持75cm-1的平均光栅耦合系数)的可变光栅耦合系数35导致具有大于0.8nm的调谐范围且大于关于75cm-1的恒定光栅耦合系数的调谐范围的单模态行为。
两个实验之间的差别是由制造工件造成，但两个实验均展示当在保持相同平均值的同时使耦合比率系数沿着布拉格区段减小时关于单模态行为的经改进调谐范围。
上述激光源可直接应用于WDM系统中的传输器的波长控制，或用于基于相位调制的任何应用(相干传输、双重调制中的啁啾(chirp)管理及其它)。具有可变耦合系数的布拉格区段也可经整合于分布式布拉格反射器激光器中。
本发明不限于所描述实施例。所附权利要求书应理解为体现所属领域的技术人员可联想到的所有修改及替代构造，所述修改及替代构造完全归属于此处陈述的基本教示。
使用动词“包括”或“包含”及其词形变化并不排除存在除权利要求中所陈述的那些元件或步骤以外的元件或步骤。此外，在元件前面的冠词“一(a或an)”并不排除存在多个此些元件或步骤。

Claims (15)

1.一种可调谐激光器装置，其包括多区段分布式反馈DFB激光器，所述多区段DFB激光器具有：
第一布拉格区段，其呈有源材料，包括呈伸长条带的形式的波导及垂直于所述波导的所述条带的长度方向延伸的多个齿，所述光栅齿形成布拉格光栅，
第二布拉格区段，其呈有源材料，包括呈伸长条带的所述形式的波导及垂直于所述波导的所述条带的所述长度方向延伸的多个齿，所述光栅齿形成布拉格光栅，
相位区段，其纵向地位于所述第一布拉格区段与所述第二布拉格区段之间，所述相位区段是由无源材料制成，每一布拉格区段具有接合所述相位区段的第一纵向端及与所述相位区段相对的第二纵向端，
其中至少一个布拉格区段的所述布拉格光栅具有光栅耦合系数，所述光栅耦合系数从所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端到所述第二纵向端减小。
2.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其中两个布拉格区段均具有从其第一纵向端到其第二纵向端减小的光栅耦合系数，所述光栅耦合系数具有互相相反梯度。
3.根据权利要求1到2中任一权利要求所述的可调谐激光器，其中所述布拉格区段包括呈伸长条带的所述形式的光栅层，所述光栅层包括所述光栅齿。
4.根据权利要求3所述的可调谐激光器，其中沿所述光栅层的所述条带的纵向方向的所述光栅齿的长度从所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端到所述第二纵向端沿所述布拉格区段的长度的50％或50％以上的所述光栅层的所述条带的所述纵向方向从所述光栅层的所述条带中的所述光栅齿的初始填充比率增加，或者从所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端到所述第二纵向端沿所述布拉格区段的所述长度的50％或50％以下的所述光栅层的所述条带的所述纵向方向从所述光栅层的所述条带中的所述光栅齿的初始填充比率减小。
5.根据权利要求3到4中任一权利要求所述的可调谐激光器，其中在所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端处，所述光栅层的所述填充比率的所述初始值介于55％与45％之间。
6.根据权利要求3到5中任一权利要求所述的可调谐激光器，其中沿垂直于所述光栅层的所述条带的所述纵向方向的宽度方向的所述光栅层中的所述光栅齿的宽度从所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端到所述第二纵向端变化。
7.根据权利要求3到6中任一权利要求所述的可调谐激光器，其中每一光栅齿沿所述光栅层的所述条带的所述纵向方向具有相同长度，且增加数目的光栅齿从所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端到所述第二纵向端被抑制。
8.根据权利要求1到2中任一权利要求所述的可调谐激光器，其中所述布拉格光栅位于所述至少一个布拉格区段的所述波导中，所述光栅齿是直接在所述波导中被蚀刻，且其中沿垂直于所述波导的所述条带的所述纵向方向的宽度方向的所述光栅齿的横向深度从所述至少一个布拉格区段的所述第一纵向端到所述第二纵向端减小。
9.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的可调谐激光器，其中所述相位区段由具有介于1.3μm与1.45μm之间的带隙的半导电材料制成。
10.根据权利要求1到9中任一权利要求所述的可调谐激光器，其中所述布拉格区段中的一者比另一布拉格区段长。
11.根据权利要求1到10中任一权利要求所述的可调谐激光器，其中沿所述纵向方向的所述相位区段的长度为100μm。
12.根据权利要求1到11中任一权利要求所述的可调谐激光器，其中所述相位区段包含能够将电流注入于所述相位区段中的电极。
13.一种光子集成电路，其包含：
根据权利要求1到12中任一权利要求所述的可调谐激光器，
调制器，其连接到所述可调谐激光器以接收待调制的所述可调谐激光器的输出信号。
14.一种光子集成电路，其包含：
根据权利要求1到12中任一权利要求所述的可调谐激光器，
光电二极管，所述光电二极管位于所述可调谐激光器的一端处以监测所述可调谐激光器的光功率。
15.一种光学通信终端，其包含根据权利要求1到12中任一权利要求所述的可调谐激光器。
CN201580008734.7A 2014-02-13 2015-02-04 可调谐激光器装置 Active CN106030937B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14305187.8A EP2908392B8 (en) 2014-02-13 2014-02-13 Tunable laser device
EP14305187.8 2014-02-13
PCT/EP2015/052264 WO2015121121A1 (en) 2014-02-13 2015-02-04 Tunable laser device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106030937A true CN106030937A (zh) 2016-10-12
CN106030937B CN106030937B (zh) 2019-06-07

Family

ID=50685843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580008734.7A Active CN106030937B (zh) 2014-02-13 2015-02-04 可调谐激光器装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10164406B2 (zh)
EP (1) EP2908392B8 (zh)
JP (1) JP6416924B2 (zh)
CN (1) CN106030937B (zh)
WO (1) WO2015121121A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6388007B2 (ja) * 2016-08-08 2018-09-12 三菱電機株式会社 光デバイスの製造方法
CN110431721B (zh) * 2017-04-07 2021-06-29 华为技术有限公司 激光器
TWI710186B (zh) * 2017-10-17 2020-11-11 光環科技股份有限公司 分散式回饋雷射的結構與製法
US10678072B2 (en) * 2018-01-22 2020-06-09 Honeywell International Inc. Apparatuses and methods for low energy data modulation
US10916915B2 (en) * 2018-12-21 2021-02-09 National Sun Yat-Sen University Distributed feedback semiconductor laser device
US11125935B2 (en) 2019-03-11 2021-09-21 Honeywell International Inc. Optical structure for imparting a distributed phase shift to an optical signal, electro-optic modulator incorporating such structure for reduced size, low signal loss, and high extinction ratio, and related system and method
US11456573B2 (en) * 2019-10-02 2022-09-27 California Institute Of Technology Tapered-grating single mode lasers and method of manufacturing

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5659562A (en) * 1995-03-17 1997-08-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser including embedded diffraction grating
US20020064203A1 (en) * 2000-09-14 2002-05-30 Bardia Pezeshki Strip-loaded tunable distributed feedback laser
US20070297475A1 (en) * 2006-06-27 2007-12-27 Noriko Sasada Semiconductor optical device and optical transmission module
US20100290489A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. electro-absorption modulated laser (eml) assembly having a 1/4 wavelength phase shift located in the forward portion of the distributed feedback (dfb) of the eml assembly, and a method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69033405T2 (de) * 1989-07-15 2000-07-20 Fujitsu Ltd Abstimmbare Laserdiode mit verteilter Rückkoppelung
US5642371A (en) * 1993-03-12 1997-06-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Optical transmission apparatus
JP4074534B2 (ja) 2003-03-06 2008-04-09 日本電信電話株式会社 半導体レーザ
US20060104321A1 (en) * 2004-11-15 2006-05-18 Lightip Technologies Inc. Q-modulated semiconductor laser with electro-absorptive grating structures
JP4787207B2 (ja) 2007-05-17 2011-10-05 日本電信電話株式会社 半導体レーザ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5659562A (en) * 1995-03-17 1997-08-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser including embedded diffraction grating
US20020064203A1 (en) * 2000-09-14 2002-05-30 Bardia Pezeshki Strip-loaded tunable distributed feedback laser
US20070297475A1 (en) * 2006-06-27 2007-12-27 Noriko Sasada Semiconductor optical device and optical transmission module
US20100290489A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. electro-absorption modulated laser (eml) assembly having a 1/4 wavelength phase shift located in the forward portion of the distributed feedback (dfb) of the eml assembly, and a method

Also Published As

Publication number Publication date
EP2908392B1 (en) 2018-04-04
JP2017506829A (ja) 2017-03-09
WO2015121121A1 (en) 2015-08-20
CN106030937B (zh) 2019-06-07
US20170170631A1 (en) 2017-06-15
EP2908392B8 (en) 2018-05-16
JP6416924B2 (ja) 2018-10-31
EP2908392A1 (en) 2015-08-19
US10164406B2 (en) 2018-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106030937A (zh) 可调谐激光器装置
US6574260B2 (en) Electroabsorption modulated laser
TWI232584B (en) Tunable laser device for avoiding optical mode hops
US9372306B1 (en) Method of achieving acceptable performance in and fabrication of a monolithic photonic integrated circuit (PIC) with integrated arrays of laser sources and modulators employing an extended identical active layer (EIAL)
WO2016076793A1 (en) An optical device and a method for fabricating thereof
JP4954992B2 (ja) 半導体光反射素子及び該半導体光反射素子を用いる半導体レーザ及び該半導体レーザを用いる光トランスポンダ
JP2005333144A (ja) 逆メサ構造を用いた光集積素子及びその製造方法
JP4905854B2 (ja) 直接変調波長可変レーザ
Schilling et al. Integrated interferometric injection laser: novel fast and broad-band tunable monolithic light source
Kobayashi et al. Design and fabrication of wide wavelength range 25.8-Gb/s, 1.3-μm, push-pull-driven DMLs
CN112956091A (zh) 一种抗反射激光器
Hou et al. Mode-locked laser array monolithically integrated with MMI combiner, SOA, and EA modulator
CN107623250B (zh) 一种短腔长面发射激光器及其制造方法
US10012797B1 (en) Monolithic photonic integrated circuit (PIC) with a plurality of integrated arrays of laser sources and modulators employing an extended identical active layer (EIAL)
US20030137023A1 (en) Optoelectronic device, and method for producing an optoelectronic device
US6363093B1 (en) Method and apparatus for a single-frequency laser
KR100809412B1 (ko) 전계 흡수형 변조기가 집적된 레이저 장치 및 그 제조방법
Stevens Modulation properties of vertical cavity light emitters
Koch Laser sources for amplified and WDM lightwave systems
EP3544129A1 (en) Laser device
Mawatari et al. Lasing wavelength changes due to degradation in buried heterostructure distributed Bragg reflector lasers
Klotzkin et al. High-speed directly modulated Fabry-Perot and distributed-feedback spot-size-converted lasers suitable for passive alignment, unisolated operation, and uncooled environments up to 85 C
JPS62245692A (ja) 外部共振器付分布帰還型半導体レ−ザ
Ponnampalam et al. Equivalent performance in C-and L-bands of digital supermode distributed Bragg reflector lasers
JP2006019541A (ja) 波長可変半導体モード同期レーザ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant