CN106099639A - 一种多波长阵列激光器及其制造方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器技术领域，提供了一种多波长阵列激光器及其制造方法和使用方法。所述激光器包括至少两个DBR激光器，DBR激光器包括有源区结构和光栅区结构，DBR激光器的光栅区结构包括一个或者多个光栅区，各光栅区相隔指定长度；其中，采用具有相同光栅周期的光栅构成各DBR中的光栅区；在各DBR激光器中，由各自的一光栅区长度和相应光栅区相隔的一指定长度所构成的取样长度值，是根据该DBR激光器所要激射的波长所确定。本发明通过对光栅进行不同周期的取样制作，使得不同DBR激光器的激射波长不同，实现低成本的多波长阵列激光器，通过取样光栅设计及有源区设计，可以使得激光器阵列中各个激光器性能具备高度的一致性。

Description

一种多波长阵列激光器及其制造方法和使用方法

【技术领域】

本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种多波长阵列激光器及其制造方法和使用方法。

【背景技术】

半导体激光器是光纤通信系统中的重要光源。它体积小，效率高，十分适合光纤通信系统中使用。目前光纤通信系统普遍使用波分复用方式的增加单根光纤的通信容量。在不同信道使用不同的波长进行通信传输。传统的通信光源采用分立的激光器，器件体积大，功耗高，成本高昂。单片集成芯片具有体积小，功耗低等优势，能够降低系统的运营成本。因此将多个不同波长激光器集成在一起的多波长阵列激光器相比传统的单波长激光器就具备了相当的优势，成为了下一代光通信芯片的核心组成部分。具体来说在未来的光子集成芯片中，为适应密集波分复用的要求，光源必须是多波长的，因此如何得到低成本，功能强大，适应性广的多波长光源就是未来光子集成芯片所遇到的最大问题。

传统的多波长阵列激光器使用分布反馈式(Distributed Feedback DiodeLasers，简写为：DFB)激光器作为单元激光器。在不同DFB激光器内刻写不同周期的光栅实现各个DFB激光器多波长同时输出。但是采用DFB激光器存在三个问题。

首先，DFB激光器激射波长较为固定。即使使用热调谐，激光器可调谐范围依然较小，因此为实现较大范围的多波长激射，必须采用多个不同周期的光栅，在同一个晶圆上进行多个不同周期光栅的加工通常需要使用高精度的微纳加工设备，诸如：电子束光刻(Electron Beam Lithography，简写为：EBL)等，加工成本较高。

其次，由于DFB激光器激射波长受加工重复性，加工精度及环境偶然因素等的影响一般会与预设波长存在一定的偏差，因此为保证最终的输出波长精度需要采用一定的波长矫正机制。DFB阵列激光器应对这种问题一般采用附加的加热电极进行波长矫正。但是由于热串扰的存在使得DFB阵列激光器之间的热调谐不是完全独立的。同时热调谐与热串扰带来的波长漂移是同方向的，这使得热调谐矫正机制不仅矫正能力弱，同时矫正算法也很复杂。利用热效应进行调谐也存在调谐速度慢的问题。

其三，为减小芯片尺寸，并联的DFB激光器应该尽可能减少横向的间隔，但是减小横向间隔会带来激光器之间热串扰及热调谐电极之间热串扰的急剧增加，导致激光器激射波长更加偏离预设值。为减小这种不利的影响，一般DFB激光器阵列的横向间距都比较大，这极大的浪费了芯片面积，增加了阵列芯片成本。

采用分布式布拉格反射(Distributed Bragg Reflector，简写为：DBR)激光器阵列可以较好的解决这一问题。

DBR激光器的激射波长一般是采用电调谐的方式，调谐速度快，调谐范围大，附加的热串扰相比于DFB激光器阵列采用的热调谐来说都比较小，并且电调谐与热串扰带来的波长漂移方向是反向的，以上这些因素都降低了波长矫正控制算法的复杂度，提高了波长矫正的响应速度。因此DBR激光器阵列相比于DFB激光器阵列在波长精度上具备相当的优势。在未来的光通信领域具备取代目前DFB激光器阵列的能力。

但是单个DBR激光器调谐范围一般不超过15nm，因此当激光器阵列激射波长要覆盖大于15nm波长范围时，普通的采用同一均匀光栅的DBR激光器就显得无能为力。并且即使在激光器阵列激射波长覆盖范围小于DBR激光器调谐范围，采用同一相同的DBR激光器阵列也存在一个重要问题，即当阵列中的波长需要激光器调谐到最大范围(即覆盖15nm波长临界值)时，由于调谐导致的附加波导损耗等，激光器性能会劣化，致使激光器阵列中各个激光器功率、边模抑制比(Side-Mode Suppression Ratio,简写为：SMRS)等存在较大差异，不利于系统的应用。

利用起始波长不同的DBR激光器可以较好的解决上述问题，但是该方案也存在一个十分严峻的技术难题，限制了其在光通信领域的应用。因为起始波长不同的DBR激光器通常需要使用不同周期的光栅，目前在同一晶圆上能够实现多周期光栅高效制作的仅有电子束光刻一种手段。电子束光刻是目前最为先进的微纳加工手段，但是也存在加工耗时长，加工成本昂贵及设备昂贵的问题，限制了电子束光刻在大规模工业化生产中的使用。因此在大规模商用DBR激光器阵列之前，找到一种可以低成本替代传统的多周期均匀光栅的新型光栅就成为了普及这种高性能激光器阵列的关键。

【发明内容】

发明人在研究过程中发现同时作为阵列器件，一般情况下，单元激光器的各项指标及驱动条件希望相同，过大的差异会加重控制系统的负担，增加信号间的串扰，劣化信号的传输质量。因此在实现阵列芯片多波长激射的同时，保证单元芯片的特性一致性也非常重要。

本发明要解决的技术问题是提供一种多波长阵列激光器的解决方案，能够解决组成该多波长阵列激光器的各单元激光器之间，指标及驱动条件不一致所带来的加重控制系统的负担，增加信号间的串扰，劣化信号的传输质量的问题。

本发明进一步要解决的技术问题是提供该多波长阵列激光器的制造方法和使用方法。

本发明采用如下技术方案：

第一方面本发明提供了一种多波长阵列激光器，包括至少两个分布式布拉格反射激光器，每一个分布式布拉格反射激光器包括有源区结构和光栅区结构，每一个分布式布拉格反射激光器的光栅区结构包括一个或者多个光栅区，各光栅区相隔指定长度；其中，采用具有相同光栅周期的光栅构成各分布式布拉格反射激光器中的光栅区；在各分布式布拉格反射激光器中，由各自的一光栅区长度和相应光栅区相隔的一指定长度所构成的取样长度值，是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确定。

优选的，每一个分布式布拉格反射激光器对应生成多波长阵列激光器中的一指定波长的激光，则所述取样长度值是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确定，具体包括：

所述取样长度值的设定，满足所述光栅区结构自身的取样光栅梳状反射谱的1级反射峰或-1级反射峰所处的波长，和分布式布拉格反射激光器所要激射的波长相同。

优选的，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源区结构和光栅区结构之间，还包括相位区结构，具体的：

所述有源区结构、相位区结构以及光栅区结构依序纵向相连，各区结构分别设置有电极；

其中，有源区结构上的电极用于有源区的电流注入，相位区结构上电极及光栅区结构上电极用于对波导进行电流注入或者通过加热的方式改变相位区波导及光栅区波导的有效折射率。

优选的，所述各分布式布拉格反射激光器的取样光栅梳状反射谱之间的1级反射峰的反射率小于5％，或者取样光栅梳状反射谱之间的-1级反射峰的反射率小于5％。

第二方面本发明提供了一种多波长阵列激光器的制造方法，包括：在晶圆上对用于制作多波长阵列激光器的各分布式布拉格反射激光器的有源区结构部分和/或相位区结构部分进行掩膜处理，并利用全息曝光法在光栅区结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅区；其中，各分布式布拉格反射激光器中各光栅区的间隔根据所要激射的波长设定；在所述有源区结构部分生长完成有源区结构，在所述已完成光栅区制作的光栅区结构部分生长完成光栅区结构和/或在相位区结构部分生长完成相位区结构。

优选的，所述利用全息曝光法在光栅区结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅区，具体包括：

将光栅区结构部分对于非光栅区进行掩膜处理；设置全息曝光的光栅周期为指定值Λ，对所述光栅区结构部分进行全息曝光；或者，

设置全息曝光的光栅周期为指定值Λ，对所述光栅区结构部分进行全息曝光，用光刻版进行光刻掩蔽，在光栅区非掩蔽部分利用光刻机进行二次过曝光。

优选的，确定所述多波长阵列激光器所包含的各布式布拉格反射激光器的激光波长λ_i，其中i为对应各布式布拉格反射激光器的序号，则根据公式：

L_si＝λ₀ ²/2n_g|λ_i-λ₀|

求解得到取样长度值，其中，其中，λ₀＝2Λn_g、Λ为光栅周期、λ₀为光栅梳状反射谱的0级反射峰的波长；所述取样长度值是根据各布式布拉格反射激光器中光栅区长度值和光栅区之间间隔值求和得到；

按照所述取样长度值L_si，生成用于所述非光栅区掩膜处理的掩膜。

优选的，在构成多波长阵列激光器的各布式布拉格反射激光器的个数n为10，且激射波长包括1510nm，1520nm，1530nm，1540nm，1550nm，1560nm，1570nm，1580，1590nm，1600nm时，设置光栅区结构的静态工作状态下其有效折射率为3.4，所述方法还包括：

设置全息曝光的光栅周期Λ为242nm，则λ₀为1650nm，参考公式：

L_si＝λ₀ ²/2n_g|λ_i-λ₀|

求解得到各激射波长所对应的取样长度为2.86um、3.08um、3.34um、3.64um、4.00um、4.45um、5.00um、5.72um、6.67um、8.01um；

按照所述取样长度值，生成用于所述非光栅区掩膜处理的掩膜。

优选的，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述相位区结构和/或光栅区结构的电极接触层设置有电极；

其中，相位区结构上电极及光栅区结构上电极用于对波导进行电流注入或者通过加热的方式改变相位区波导及光栅区波导的有效折射率。

第三方面本发明提供了一种多波长阵列激光器的使用方法，所述使用方法基于上述第一方面中任一所述的多波长阵列激光器，其中，各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源区结构和光栅区结构的电极接触层分别设置有电极，所述包括：

给各分布式布拉格反射激光器的有源区结构的电极供电；

根据多波长阵列激光器中各分布式布拉格反射激光器所需产生的波长值，给各分布式布拉格反射激光器光栅区结构的电极提供符合其有效折射率需求的电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过对光栅进行不同周期的取样制作，使得不同DBR激光器的激射波长不同，实现低成本的多波长阵列激光器，并且多波长的覆盖范围可以远大于单个DBR激光器的调谐范围。通过发明中取样光栅设计及有源区设计，可以使得激光器阵列中各个激光器性能具备高度的一致性。

另一方面，本发明所提供的多波长阵列激光器的制造方法，由于各个DBR激光器光栅的布拉格波长相同，因此只需要通过一次全息曝光即可制作完成，制作成本低廉。

同时DBR激光器采用的电调谐形式及较大的调谐范围也使得阵列激光器波长矫正能力更强，串扰更小，控制算法更简单，阵列激光器波长精度更高。以上的优势又可以进一步降低DBR激光器阵列的横向间距，提高芯片集成度，降低阵列芯片成本。

在本发明优选实现方案中，提供了一种多波长阵列激光器，在设置多个拥有不同增益信号的DBR激光器有源区(该有源区产生的增益信号波长覆盖90nm波长范围)的基础上，能够实现激射波长在90nm波长范围覆盖的多波长阵列激光器，相比较现有技术中就起始波长不同的DBR激光器使用不同周期的光栅，实现多波长激光器的方案，在保证了激射波长覆盖范围的基础上，降低了生产成本，提高了生产效率。

【附图说明】

图1是本发明实施例提供的一种取样光栅反射谱示意图；

图2是本发明实施例提供的一种有源区增益信号及取样光栅梳状反射谱之间的关系示意图；

图3是本发明实施例提供的一种多波长阵列激光器的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的组成多波长阵列激光器的DBR激光器的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种光栅区结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种有源区增益信号及取样光栅梳状反射谱之间的关系示意图；

图7是本发明实施例提供的一种归一化取样光栅反射谱示意图；

图8是本发明实施例提供的取样光栅梳状反射谱峰值间隔与取样周期的关系图；

图9是本发明实施例提供的另一种多波长阵列激光器的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种多波长阵列激光器的制造方法流程图；

图11是本发明实施例提供的一种多波长阵列激光器的制造方法流程图；

图12是本发明实施例提供的一种多波长阵列激光器的激射谱示意图；

图13是本发明实施例提供的一种多波长阵列激光器的使用方法流程图；

图14是本发明实施例提供的一种波长矫正原理图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在半导体激光器中，激射波长位于阈值增益最低的腔模处。阈值增益受激光器增益介质增益及腔内损耗及镜面损耗共同控制，关系如下：

g_th(λ)＝g(λ)+α_in(λ)+α_m(λ)

其中λ为光波长，g(λ)为有源区的增益信号，α_in(λ)为腔内损耗谱，α_m(λ)为镜面损耗谱，在分布式布拉格反射DBR激光器中，α_m(λ)由DBR光栅反射谱决定。由此可知，我们可以通过对取样光栅梳状反射谱中各反射峰位置的调整，调整分布式布拉格反射激光器的激射波长。在普通的DBR激光器中，均匀光栅的反射谱只有一个反射峰，将反射峰移入有源区的增益信号带宽内，激光器将在反射峰处激射。而在取样光栅DBR激光器中，反射谱呈梳状，且强度大小不一(如图1所示)。一般反射最强烈的在0级反射峰处，其次是+1级反射峰和-1级反射峰。通过调整0级反射峰和1级反射峰(或-1级反射峰)的位置，以及有源区产生的增益信号带宽大小及增益信号的位置，使得0级反射峰处增益很小或者没有增益，而使得1级反射峰或-1级反射峰波长处的增益值最大。两者共同作用可以使得1级反射峰或-1级反射峰处的阈值增益最低，从而实现激光器在1级反射峰或-1级反射峰处激射的目的(如图2所示，其中1级反射峰相邻的等幅的虚线反射峰为其调制后的效果)。而取样光栅的1级反射峰与0级反射峰的位置(或者取样光栅的1级反射峰与0级反射峰的位置)如前述可以通过取样周期的大小灵活调整，因此可以在0级反射峰位置固定的情况下，调整DBR激光器的起始激射波长及调谐范围。而取样周期一般比较大，取样图案可以通过普通光刻的方式低成本、快速的制得。

由于，在本发明各实施例中，1级反射峰和-1级反射峰相比较0级反射峰来说是对称的关系，因此，可以基于1级反射峰和0级反射峰之间距离关系实现的方法步骤中的功能，同样适用于调整-1级反射峰和0级反射峰之间的距离关系，并依托于-1级反射峰来实现相应方法步骤中的功能。在本发明后续实施例中，将集中通过1级反射峰和0级反射峰之间的关系来阐述本发明实施例，本领域技术人员能够基于本发明实施例中阐述的方法步骤，无需创造性推理可以将相应方案适用与-1级反射峰和0级反射峰之间去，在此不再赘述。

在本发明各实施例中，涉及类似光栅区结构部分、光栅区结构和光栅区的描述方式，其中，光栅区结构部分主要是针对制造方法中，位于晶圆上用于生长成为光栅区结构的区域；光栅区结构是指在多波长阵列激光器中构成分布式布拉格反射激光器的必要组成结构，拥有较为完整的电器特性，例如：在具体实施例中，如图5所示，光栅区结构包括：光栅区、非光栅区、InP衬底(或者S_iO₂)和电极等等；光栅区具体指光栅区结构中分布有连续光栅的区域，如图5所述各光栅区长度Lg限定的区域。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种多波长阵列激光器，如图3所示，包括至少两个分布式布拉格反射激光器(如图3所示，包括分布式布拉格反射激光器11、分布式布拉格反射激光器12、分布式布拉格反射激光器13…)，参考图4，每一个分布式布拉格反射激光器包括有源区结构111和光栅区结构112，如图3-图5所示：

每一个分布式布拉格反射激光器的光栅区结构112包括一个或者多个光栅区，各光栅区相隔指定长度。其中，采用具有相同光栅周期Λ的光栅构成各分布式布拉格反射激光器中的光栅区。

所述光栅区相隔指定长度为图中取样长度L_S减去图中光栅区长度Lg后获得，以图5所示，所述光栅区相隔指定长度位于光栅区之间，且未覆盖光栅的区域位置。

在各分布式布拉格反射激光器中，由各自的一光栅区长度和相应光栅区相隔的一指定长度所构成的取样长度值，是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确定。

在本发明实施例中，通过对光栅进行不同周期的取样制作(即在相同光栅周期前提下，设定不同的取样长度)，使得不同DBR激光器的激射波长不同，实现低成本的多波长阵列激光器，并且多波长的覆盖范围可以远大于单个DBR激光器的调谐范围。通过发明中取样光栅设计及有源区设计，可以使得激光器阵列中各个激光器性能具备高度的一致性。

其中，光栅区长度Lg和取样长度Ls的比值为δ＝Lg/Ls，所述δ与取样光栅梳状反射谱的反射率成正比，其对应关系为：

R(n)＝tanh²(|K_n|*N*L_s) (1)

其中，R(n)为n级反射峰的反射率，N为取样周期数，所述取样周期由一光栅区和一光栅区间隔构成，其长度即取样长度Ls；Kn是n级反射峰的耦合系数，其求解式如下：

$K_n=K_0*\mathrm{\δ}*\frac{sin\left(\mathrm{\π}n\mathrm{\δ}\right)}{\mathrm{\π}n\mathrm{\δ}}{e}^{-i\mathrm{\π}n\mathrm{\δ}}---\left(2\right)$

其中，K₀是均匀光栅的耦合系数。

接下来将结合具体的光栅梳状反射谱和公式推导，阐述本发明实施例中，就每一个分布式布拉格反射激光器对应生成多波长阵列激光器中的一指定波长的激光，则所述取样长度值是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确定，其实现原理做具体分析如下：

所述取样长度值的设定，满足所述光栅区结构112自身的取样光栅梳状反射谱的1级反射峰所处的波长和分布式布拉格反射激光器所要激射的波长相同。在本发明实施例中，为了避免取样光栅梳状反射谱的0级反射峰与有源区结构增益峰相遇而发生激射，因此，所选择的光栅周期保证取样光栅梳状反射谱的0级反射峰所在波长和对应的各分布式布拉格反射激光器的有源区结构的增益峰波长相差至少50nm。

如图6所示，为本发明实施例提供的一种光栅区结构112的取样光栅梳状反射谱的1级反射峰和一种有源区产生并折射到所述光栅区结构112后的增益峰值曲线(如图6中虚线所示)关系示意图。在经过诸多实验和理论研究后，得出如图6所述光栅梳状反射谱的0级反射峰所处的波长位置，是由光栅区结构112中所生成的光栅的光栅周期Λ所决定。其关系式满足λ₀＝2Λn_g，其中，λ₀光栅梳状反射谱的0级反射峰所处的波长，n_g为光栅区结构112的有效折射率。

本发明在背景技术中介绍了若采用不同的光栅周期来实现多波长阵列激光器，其原理就是通过生成不同的光栅周期，使得各光栅周期决定的光栅梳状反射谱的0级反射峰的波长和多波长阵列激光器所需激射的波长相对应，但是现有的采用不同的光栅周期来实现多波长阵列激光器是无法在一次全息曝光过程中实现的，现有的技术手段是采用加工耗时长，加工成本昂贵的电子束光刻的。在此研究基础上。进一步，研究发现光栅区结构112中的取样长度L_s会对光栅梳状反射谱的0级反射峰和1级反射峰之间的距离Δλ产生直接影响，如图7所示，其对应的关联关系如下式(3)所示：

Δλ＝λ₀ ²/2n_gL_s (3)

其中，λ₀＝2Λn_g，λ₀光栅梳状反射谱的0级反射峰所处的波长、Λ为光栅周期、n_g为光栅区结构112的有效折射率、Δλ为光栅梳状反射谱中相邻能级的间隔距离，如图8所示，给予了取样长度Ls与光栅梳状反射谱中相邻能级的间隔距离的关系示意图。基于上述特性，本发明实施例通过满足所述光栅区结构112自身的取样光栅梳状反射谱的1级反射峰所处的波长和分布式布拉格反射激光器所要激射的波长相同，确定所述取样长度Ls。在损失了部分反射率的情况下(即将用于反射从有源区结构111产生的增益信号，从传统的0级调整为1级，如图7所示)，能够基于相同的光栅周期，提供不同波长的1级反射峰，从而实现多波长阵列激光器所需实现的各波长激光。

本发明实施例所提供的所述多波长阵列激光器，在实现过程中，尤其是根据公式(3)相关参数制造分布式布拉格反射激光器的光栅区结构112时候，未必能够达到预期精确度，因此，为了进一步克服上述问题，结合本发明实施例还存在一种可实现方案：

所述有源区结构111和光栅区结构112分别设置有电极；

其中，有源区结构111上的电极用于有源区的电流注入，光栅区结构112上电极用于对波导进行电流注入或者通过加热的方式改变光栅区波导的有效折射率。

在本发明实施例所提出的多波长阵列激光器中，为了能够达到各波长上的激光强度的一致性，则通常要求各分布式布拉格反射激光器的取样光栅梳状反射谱之间的1级反射峰相差的反射率小于5％。即要求不同分布式布拉格反射激光器的1级反射峰的反射率拥有较好的一致性，从而才能为最终产生的激光强度能够满足一致性要求提供保证。

实施例2:

本发明实施例1介绍了一种多波长阵列激光器，并通过结合背景技术中阐述的技术问题的方式，从原理上分析了本发明所提出的一种多波长阵列激光器的可实现性，以及就实现过程中可能遇到的问题和可优化的方面进行了部分阐述。本发明实施例2是在上述实施例1基础上，就其最后提到的未必能够达到预期精确度情况，在研究得到通过给光栅区结构中的电极供电情况下，能够改变光栅区结构整体的有效折射率，从而在可控范围内调整光栅梳状反射谱各反射峰在小范围内完成平移。因此，提供另一种可实现方案，相较前者在有源区结构111和光栅区结构112分别设置有电极的方式，本实施例所提出的方案能够实现更灵活的调控，如图9所示，具体阐述如下：

在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源区结构111和光栅区结构112之间，还包括相位区结构113，具体的：

所述有源区结构111、相位区结构113以及光栅区结构112依序纵向相连，各区结构分别设置有电极(1111、1131和1121)；

其中，有源区结构111上的电极用于有源区的电流注入，相位区结构上电极及光栅区结构112上电极用于对波导进行电流注入或者通过加热的方式改变相位区波导及光栅区波导的有效折射率。

由于本发明实施例2仅从实现精度上考虑，就实施例1所提供的方案基础上，提出了一种可扩展的方案。本实施例所述结构同样可以和实施例1中所描述的各细化的技术手段结合实现，在此不一一赘述。

实施例3:

在实施例1提供了一种多波长阵列激光器的基础上，本发明还提供了实施例3：一种多波长阵列激光器的制造方法，所述制造方法可用于制造如实施例1或者实施例2所述的多波长阵列激光器，如图10所示，所述制造方法包括以下执行步骤：

在步骤201中，在晶圆上对用于制作多波长阵列激光器的各分布式布拉格反射激光器的有源区结构部分和/或相位区结构部分进行掩膜处理，并利用全息曝光法在光栅区结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅区；其中，各分布式布拉格反射激光器中各光栅区的间隔根据所要激射的波长设定；

在步骤202中，在所述有源区结构部分生长完成有源区结构，在所述已完成光栅区制作的光栅区结构部分生长完成光栅区结构和/或在相位区结构部分生长完成相位区结构。

在本发明实施例中，所述有源区结构可以是设计成相同结构的，也可以采用能够产生不同增益信号的结构，从而提高所述多波长阵列激光器的光谱覆盖范围。可以根据具体需求，做出相应调整。

在本发明实施例中，通过在相同光栅周期前提下，设定不同的取样长度(所述取样长度由光栅区长度和光栅区间隔长度构成)，使得不同DBR激光器的激射波长不同，实现低成本的多波长阵列激光器，并且多波长的覆盖范围可以远大于单个DBR激光器的调谐范围。通过发明中取样光栅设计及有源区设计，可以使得激光器阵列中各个激光器性能具备高度的一致性。

在本发明实施例中，尤其是步骤201中的所述利用全息曝光法在光栅区结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅区，具体多种具体的实现方式，具体阐述如下：

方式一：

各分布式布拉格反射激光器的有源区结构部分和/或相位区结构部分的掩膜处理的过程，和光栅区结构部分的掩膜处理过程同时进行；其中，对于光栅区结构部分的掩膜处理过程具体为遮掩住非光栅区，而露出待制作成光栅区部分。则所述利用全息曝光法在光栅区结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅区，具体为：

设置全息曝光的光栅周期为指定值Λ，对所述光栅区结构部分进行全息曝光。在完成所述全息曝光，刻蚀后便可除去各自的掩膜，并执行步骤202。其中，光栅区结构部分的掩膜处理过程相比较有源区结构部分和/或相位区结构部分的掩膜处理，还可以是相对独立完成的，因为有源区结构部分和/或相位区结构部分的掩膜处理仅需要完全遮掩即可，而对于光栅区结构部分的掩膜则需要有选择性的达到指定精度的区域性遮掩，其工序和方式相对于全遮掩来说，在使用掩膜材料或者掩膜步骤具有较大差别时，独立完成有其存在的优势。

方式二：

对于完成所述完成有源区结构部分和/或相位区结构部分的掩膜处理后的晶圆，进行指定光栅周期为Λ的第一轮全息曝光；

对于各分布式布拉格反射激光器的光栅区结构部分利用光刻版进行掩蔽，并进行第二轮普通光刻曝光，从而完成光栅区结构部分中非光栅区的过曝光；然后进行显影，刻蚀后即形成取样光栅。进一步完成步骤202。

在本发明实施例实现过程中，要完成全息曝光的过程，通常需要确定该制造方法所要生产的多波长阵列激光器所包含的各布式布拉格反射激光器的激光波长λ_i，其中i为对应各布式布拉格反射激光器的序号，i∈[1,n]，n为自然数，则根据公式：

L_si＝λ₀ ²/2n_g|λ_i-λ₀| (4)

求解得到取样长度值，其中，λ₀为光栅梳状反射谱的0级反射峰的波长；所述取样长度值是根据各布式布拉格反射激光器中光栅区长度值和光栅区之间间隔值求和得到；

按照所述取样长度值L_si，生成用于所述非光栅区掩膜处理的掩膜。

为了减少因为制造精确度所带来的生产设备成本的提高，结合本发明实施例，存在一种可扩展的实现方案，具体在步骤202后还包括如下步骤：

在步骤203中，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述相位区结构和/或光栅区结构的电极接触层设置有电极；

其中，相位区结构上电极及光栅区结构上电极用于对波导进行电流注入或者通过加热的方式改变相位区波导及光栅区波导的有效折射率。

实施例4:

在实施例3所提供的一种多波长阵列激光器的制造方法基础上，本发明实施例将结合一套具体可行参数，阐述如何利用实施例3所述的方法来完成多波长阵列激光器的制造。在本实施例中，各布式布拉格反射激光器可产生不同波长的增益信号，假设本发明实施例中构成多波长阵列激光器的在构成多波长阵列激光器的各布式布拉格反射激光器的个数n为10，且激射波长包括1510nm，1520nm，1530nm，1540nm，1550nm，1560nm，1570nm，1580，1590nm，1600nm时，设置光栅区结构的静态工作状态下其有效折射率为3.4，在本发明实施例中采用了实施例3中的方式一，所述方法还包括：

设置全息曝光的光栅周期λ为242nm，则λ₀为1650nm，参考公式：

L_si＝λ₀ ²/2n_g|λ_i-λ₀| (4)

求解得到各激射波长所对应的取样长度为2.86um、3.08um、3.34um、3.64um、4.00um、4.45um、5.00um、5.72um、6.67um、8.01um；

按照所述取样长度值，生成用于所述非光栅区掩膜处理的掩膜。

例如2.86um求解过程为，将1510带入公式(4)如下：

L_s1＝(1650)²/(1650-1510)/2/3.4＝2.86um。

在此计算参数基础上，依据实施例3完成包含1510nm，1520nm，1530nm，1540nm，1550nm，1560nm，1570nm，1580，1590nm，1600nm各激射波长的多波长阵列激光器的制造方法，如图11所示，具体包括以下步骤：

在步骤301中，在晶圆上对用于制作多波长阵列激光器的各分布式布拉格反射激光器的有源区结构部分和/或相位区结构部分进行掩膜处理，其中，对于各分布式布拉格反射激光器的光栅区结构部分按照2.86um、3.08um、3.34um、3.64um、4.00um、4.45um、5.00um、5.72um、6.67um、8.01um的取样周期(其参数值对应取样长度)设置掩膜。

在步骤302中，设置用全息曝光的参数值，使得全息曝光能够在光栅区结构部分形成具有光栅周期为242nm的一个或者多个光栅区图样，刻蚀后形成光栅图形。

在步骤303中，去除上述掩膜；

在步骤304中，在所述有源区结构部分生长完成有源区结构，在所述已完成光栅区制作的光栅区结构部分生长完成光栅区结构和/或在相位区结构部分生长完成相位区结构。其中，各区结构的生长方式可以使用现有技术完成，在此不一一赘述。

在步骤305中，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述相位区结构和/或光栅区结构的电极接触层设置有电极。

其中，相位区结构上电极及光栅区结构上电极用于对波导进行电流注入或者通过加热的方式改变相位区波导及光栅区波导的有效折射率。

如图12所示，为利用本发明实施例所提供参数生产出的多波长阵列激光器所激射的光谱示意图。

在本发明优选实现方案中，提供了一种多波长阵列激光器，在设置多个拥有不同增益信号的DBR激光器有源区(该有源区产生的增益信号波长覆盖90nm波长范围)的基础上，能够实现激射波长在90nm波长范围覆盖的多波长阵列激光器，相比较现有技术中就起始波长不同的DBR激光器使用不同周期的光栅，实现多波长激光器的方案，在保证了激射波长覆盖范围的基础上，降低了生产成本，提高了生产效率。

实施例5：

上述实施例1-2提供了多波长阵列激光器的结构特性，并在实施例3-4中提供了多波长阵列激光器的制造方法。作为本发明的组成部分，将在本实施例5中给予一种多波长阵列激光器的使用方法，所述使用方法基于上述实施例1或实施例2任一所述的多波长阵列激光器，其中，各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源区结构和光栅区结构的电极接触层分别设置有电极，如图13所示，包括：

在步骤401中，给各分布式布拉格反射激光器的有源区结构的电极供电。

在步骤402中，根据多波长阵列激光器中各分布式布拉格反射激光器所需产生的波长值，给各分布式布拉格反射激光器光栅区结构的电极提供符合其有效折射率需求的电流。

在本发明实施例中，通过在相同光栅周期前提下，设定不同的取样长度(所述取样长度由光栅区长度和光栅区间隔长度构成)，使得不同DBR激光器的激射波长不同，实现低成本的多波长阵列激光器，并且多波长的覆盖范围可以远大于单个DBR激光器的调谐范围。通过发明中取样光栅设计及有源区设计，可以使得激光器阵列中各个激光器性能具备高度的一致性。

本发明实施例在实现过程中，所述步骤402给出了“给各分布式布拉格反射激光器光栅区结构的电极提供符合其有效折射率需求的电流”的方法，然而，该方式多属于一种静态的调整方式。其目的是为了能够实现公式：

Δλ＝(2n_gΛ)²/2n_gL_s (5)

λ₀＝2n_gΛ (6)

获取相应取样光栅梳状反射谱的1级反射峰与0级反射峰的预设峰值间距需求。然而，实际情况则是可能因为光栅制作精确度、分布式布拉格反射激光器工作时产生的温度等等，对光栅区结构工作的稳定性造成影响，因此，对于多波长阵列激光器中各分布式布拉格反射激光器，如果还设置有针对产生的各激射波长的检测装置，则所述使用方法还包括：

在步骤403中，在检测到其中一分布式布拉格反射激光器的激射波长的波动超过预设阈值时，根据公式(5)(6)的对应关系，调整相应分布式布拉格反射激光器光栅区结构的电极供电。如图14所示，为本发明实施例提供的波长矫正原理图。

值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多波长阵列激光器，包括至少两个分布式布拉格反射激光器，每一个分布式布拉格反射激光器包括有源区结构和光栅区结构，其特征在于：

每一个分布式布拉格反射激光器的光栅区结构包括一个或者多个光栅区，各光栅区相隔指定长度；

其中，采用具有相同光栅周期的光栅构成各分布式布拉格反射激光器中的光栅区；

在各分布式布拉格反射激光器中，由各自的一光栅区长度和相应光栅区相隔的一指定长度所构成的取样长度值，是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确定。

2.根据权利要求1所述的多波长阵列激光器，其特征在于，每一个分布式布拉格反射激光器对应生成多波长阵列激光器中的一指定波长的激光，则所述取样长度值是根据该分布式布拉格反射激光器所要激射的波长所确定，具体包括：

所述取样长度值的设定，满足所述光栅区结构自身的取样光栅梳状反射谱的1级反射峰或-1级反射峰所处的波长，和分布式布拉格反射激光器所要激射的波长相同。

3.根据权利要求1所述的多波长阵列激光器，其特征在于，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源区结构和光栅区结构之间，还包括相位区结构，具体的：

所述有源区结构、相位区结构以及光栅区结构依序纵向相连，各区结构分别设置有电极；

其中，有源区结构上的电极用于有源区的电流注入，相位区结构上电极及光栅区结构上电极用于对波导进行电流注入或者通过加热的方式改变相位区波导及光栅区波导的有效折射率。

4.根据权利要求1-3任一所述的多波长阵列激光器，其特征在于，所述各分布式布拉格反射激光器的取样光栅梳状反射谱之间的1级反射峰的反射率小于5％，或者取样光栅梳状反射谱之间的-1级反射峰的反射率小于5％。

5.一种多波长阵列激光器的制造方法，其特征在于，包括：

在晶圆上对用于制作多波长阵列激光器的各分布式布拉格反射激光器的有源区结构部分和/或相位区结构部分进行掩膜处理，并利用全息曝光法在光栅区结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅区；其中，各分布式布拉格反射激光器中各光栅区的间隔根据所要激射的波长设定；

在所述有源区结构部分生长完成有源区结构，在所述已完成光栅区制作的光栅区结构部分生长完成光栅区结构和/或在相位区结构部分生长完成相位区结构。

6.根据权利要求5所述的多波长阵列激光器的制造方法，其特征在于，所述利用全息曝光法在光栅区结构部分刻蚀具有相同光栅周期的光栅区，具体包括：

将光栅区结构部分对于非光栅区进行掩膜处理；设置全息曝光的光栅周期为指定值Λ，对所述光栅区结构部分进行全息曝光；或者，

设置全息曝光的光栅周期为指定值Λ，对所述光栅区结构部分进行全息曝光，用光刻版进行光刻掩蔽，在光栅区非掩蔽部分利用光刻机进行二次过曝光。

7.根据权利要求6所述的多波长阵列激光器的制造方法，其特征在于，确定所述多波长阵列激光器所包含的各布式布拉格反射激光器的激光波长λ_i，其中i为对应各布式布拉格反射激光器的序号，则根据公式：

L_si＝λ₀ ²/2n_g|λ_i-λ₀|

求解得到取样长度值，其中，其中，λ₀＝2Λn_g、Λ为光栅周期、λ₀为光栅梳状反射谱的0级反射峰的波长；所述取样长度值是根据各布式布拉格反射激光器中光栅区长度值和光栅区之间间隔值求和得到；

按照所述取样长度值L_si，生成用于所述非光栅区掩膜处理的掩膜。

8.根据权利要求7所述的多波长阵列激光器的制造方法，其特征在于，在构成多波长阵列激光器的各布式布拉格反射激光器的个数n为10，且激射波长包括1510nm，1520nm，1530nm，1540nm，1550nm，1560nm，1570nm，1580，1590nm，1600nm时，设置光栅区结构的静态工作状态下其有效折射率为3.4，所述方法还包括：

设置全息曝光的光栅周期Λ为242nm，则λ₀为1650nm，参考公式：

L_si＝λ₀ ²/2n_g|λ_i-λ₀|

求解得到各激射波长所对应的取样长度为2.86um、3.08um、3.34um、3.64um、4.00um、4.45um、5.00um、5.72um、6.67um、8.01um；

按照所述取样长度值，生成用于所述非光栅区掩膜处理的掩膜。

9.根据权利要求5-8任一所述的多波长阵列激光器的制造方法，其特征在于，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述相位区结构和/或光栅区结构的电极接触层设置有电极；

其中，相位区结构上电极及光栅区结构上电极用于对波导进行电流注入或者通过加热的方式改变相位区波导及光栅区波导的有效折射率。

10.一种多波长阵列激光器的使用方法，其特征在于，所述使用方法基于上述权利要求1-4任一所述的多波长阵列激光器，其中，各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源区结构和光栅区结构的电极接触层分别设置有电极，所述包括：

给各分布式布拉格反射激光器的有源区结构的电极供电；

根据多波长阵列激光器中各分布式布拉格反射激光器所需产生的波长值，给各分布式布拉格反射激光器光栅区结构的电极提供符合其有效折射率需求的电流。