CN107516817A - 非对称结构相移光栅及dfb半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种非对称结构相移光栅及DFB半导体激光器，所述相移光栅包括位于相移光栅中心位置的相移结构及位于相移结构两侧的第一光栅和第二光栅，所述第一光栅和第二光栅的长度相同、刻蚀深度相同且光栅周期相等，第一光栅的占空比恒定不变，第二光栅包括切趾段光栅，切趾段光栅的占空比沿光栅轴向逐渐变化，第二光栅的折射率调制强度弱于第一光栅的折射率调制强度。本申请基于非对称结构相移光栅的DFB半导体激光器，在相移结构两侧的光栅长度、光栅刻蚀深度和光栅周期不变的条件下，第二光栅中引入切趾段光栅，实现两侧相移光栅耦合系数的不对称，DFB半导体激光器能够实现输出光功率的不对称，增大了激光器的有效输出光功率。

Description

非对称结构相移光栅及DFB半导体激光器

技术领域

本申请属于半导体激光器技术领域，具体涉及一种非对称结构相移光栅及DFB半导体激光器。

背景技术

分布反馈(DFB)半导体激光器，已经成为光通信网络中必不可少的光源，在DWDM和CWDM等各种波分复用系统中发挥着重要的作用。

DFB半导体激光器的光反馈由集成在激光器中的布拉格光栅提供，光栅多制作在波导层中，沿腔长方向的折射率有周期性的变化。布拉格光栅对于激光器腔内不同模式有不同的反射率，通常对布拉格波长附近一段区域内的反射率高，远离布拉格波长的范围内的反射率低。因此对于激光器腔内存在的不同模式，其损耗包括内部损耗和端面损耗等。与光栅周期对应的布拉格波长有最低的损耗，根据激光器激射时的增益阈值条件，布拉格波长对应的模式达到激射的阈值增益也就最低，因此在注入电流达到激光器的阈值电流时布拉格模式会首先激射。这样，布拉格光栅起到了很好的选频作用，布拉格光栅可以看作一个窄带的滤波器。

在传统基于布拉格光栅的DFB半导体激光器中，在相同外部注入电流的情况下，需要尽可能地获得较大的有效光功率，提高对注入电流的利用率。为了增大DFB半导体激光器的有效输出光功率，通常将非对称结构引入相移光栅DFB半导体激光器中，常见的非对称结构有：

1)两个出光端面的反射率大小不对称，即在激光器一端面上镀高反射膜(HR)，另一个端面上镀抗反射膜(AR)的方式来实现两端面反射率的不对称，达到改变DFB半导体激光器两端面的输出功率之比的目的；

2)将光栅相移偏离激光器中心位置，偏向激光器输出端。

对于结构一，如果激光器是分立器件，是可以在激光器一端面镀上高反射膜(HR)，另一个端面镀上抗反射膜(AR)的方式来分配激光器两个端面的输出激光功率。但高反射膜会带来随机相位的影响，导致激光器跳模。随机相位对激光器产生的负面影响无法控制，目前尚未找到有效解决随机相位影响的方法。另外，对于未来光子集成芯片，即各种光子器件通过选择区域外延生长技术或对接生长技术集成在一起的芯片，无法通过镀膜的方法实现DFB激光器两端面激光的非对称输出。对于结构二，相移偏离中心位置偏向激光输出端，虽能提高输出端的光功率，但相移偏离中心会加剧空间烧孔效应的影响，降低单模成品率。

发明内容

本申请一实施例提供一种非对称结构相移光栅，所述相移光栅包括位于相移光栅中心位置的相移结构及位于相移结构两侧的第一光栅和第二光栅，所述第一光栅和第二光栅的长度相同、刻蚀深度相同且光栅周期相等，第一光栅的占空比恒定不变，第二光栅包括切趾段光栅，切趾段光栅的占空比沿光栅轴向逐渐变化，第一光栅和第二光栅的折射率调制强度不相等。

一实施例中，所述相移结构的相移量为0、λ/4、λ/8、或λ，λ为相移光栅的输出波长。

一实施例中，所述第二光栅全部或部分为切趾段光栅。

一实施例中，所述第一光栅的占空比为一恒定值a，0<a<1.0，其中：

当第一光栅的占空比为一恒定值a，0<a<0.5时，所述切趾段光栅的占空比沿光栅轴向由a逐渐减小到0；

当第一光栅的占空比为一恒定值a，a＝0.5时，所述切趾段光栅的占空比沿光栅轴向由0.5逐渐减小到0或由0.5逐渐增大到1.0；

当第一光栅的占空比为一恒定值a，0.5<a<1时，所述切趾段光栅的占空比沿光栅轴向由a逐渐增大到1.0。

本申请另一实施例还提供一种DFB半导体激光器，所述DFB半导体激光器包括DFB激光腔及位于DFB激光腔上方和下方的若干外延层，DFB激光腔包括依次设置的光栅刻蚀阻止层、相移光栅、光栅覆盖层，所述相移光栅包括位于相移光栅中心位置的相移结构及位于相移结构两侧的第一光栅和第二光栅，所述第一光栅和第二光栅的长度相同、刻蚀深度相同且光栅周期相等，第一光栅的占空比恒定不变，第二光栅包括切趾段光栅，切趾段光栅的占空比沿光栅轴向逐渐变化，DFB半导体激光器两端面的输出功率不相等。

一实施例中，所述相移结构的相移量为0、λ/4、λ/8、或λ，λ为相移光栅的输出波长。

一实施例中，所述第二光栅全部或部分为切趾段光栅。

一实施例中，所述第一光栅的占空比为一恒定值a，0<a<1.0，其中：

当第一光栅的占空比为一恒定值a，0<a<0.5时，所述切趾段光栅的占空比沿光栅轴向由a逐渐减小到0；

当第一光栅的占空比为一恒定值a，a＝0.5时，所述切趾段光栅的占空比沿光栅轴向由0.5逐渐减小到0或由0.5逐渐增大到1.0；

当第一光栅的占空比为一恒定值a，0.5<a<1时，所述切趾段光栅的占空比沿光栅轴向由a逐渐增大到1.0。

一实施例中，所述DFB半导体激光器的两侧端面均镀有抗反射膜。

一实施例中，所述DFB半导体激光器为掩埋异质结型激光器或脊波导型激光器。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

基于切趾段光栅的非对称结构相移光栅应用于单个DFB半导体激光器，在端面不镀膜或均镀有抗反射膜的情况下，增大激光器的有效输出光功率，提高DFB半导体激光器的斜效率，避免了镀膜产生随机相位的影响，提高了DFB半导体激光器的稳定性；

基于切趾段光栅的非对称结构相移光栅和DFB半导体激光器可应用于高度集成的光子集成芯片中，提高了光子集成芯片端面的有效输出光功率。

附图说明

图1是现有技术中对称结构相移光栅的结构示意图；

图2是光栅耦合系数与占空比关系的曲线图；

图3是本申请第一实施方式中非对称结构相移光栅的结构示意图；

图4是本申请第二实施方式中非对称结构相移光栅的结构示意图；

图5是本申请第三实施方式中DFB半导体激光器的立体结构示意图；

图6是本申请第三实施方式中DFB半导体激光器的侧视结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分扩大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。

本文使用的例如“左”、“右”、“左侧”、“右侧”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“右侧”的单元将位于其他单元或特征“左侧”。因此，示例性术语“右侧”可以囊括左侧和右侧这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

参图1所示，介绍现有技术中的相移光栅10’。该相移光栅10’包括位于相移光栅中心位置的相移结构11’及位于相移结构两侧的第一光栅12’和第二光栅13’。

现有技术中第一光栅12’和第二光栅13’沿相移结构11’对称设置，第一光栅12’和第二光栅13’的长度L₁和L₂相同，刻蚀深度H₁和H₂相同，周期Λ₁和Λ₂相等，占空比γ₁和γ₂恒定不变，且γ₁和γ₂相等。

其中，占空比为光栅齿宽度b在一个周期Λ内所占的比例，如图1所示，第一光栅12’的占空比γ₁＝b₁/Λ₁，第二光栅13’的占空比γ₂＝b₂/Λ₂，其中，光栅齿宽度b₁＝b₂，周期Λ₁＝Λ₂，因此，第一光栅12’的占空比和第二光栅13’的占空比相等，即γ₁＝γ₂。

图2所示为光栅耦合系数与占空比关系的曲线图，可以看出耦合系数和占空比有对应关系，对于纯粹的折射率耦合型DFB半导体激光器，耦合系数κ正比于sin(πγ)，其中，κ为相移光栅的耦合系数，表示光栅反馈的强弱，γ为相移光栅的占空比。在相同的刻蚀深度条件下，若第一光栅12’和第二光栅13’的占空比γ₁和γ₂相等，第一光栅12’和第二光栅13’的耦合系数κ₁和κ₂也相等；另外，在相同的刻蚀深度条件下，第一光栅12’和第二光栅13’的占空比γ₁和γ₂满足γ₁+γ₂＝1时，第一光栅12’和第二光栅13’的耦合系数κ₁和κ₂也相等。

基于现有技术中采用相移光栅10’的DFB半导体激光器，在DFB半导体激光器两端面都镀抗反射膜(AR，反射率小于1％)或均不镀膜的情况下，两个端面输出光功率P₁和P₂相等，即P₂:P₁＝κ₁:κ₂＝sin(πγ₁):sin(πγ₂)。若要实现DFB半导体激光器输出光功率的非对称结构，只能通过激光器一端面上镀高反射膜(HR)，另一个端面上镀抗反射膜(AR)，如背景技术中所述，这样会导致激光器跳模。

参图3所示，介绍本申请第一实施方式中的相移光栅10。该相移光栅10包括位于相移光栅中心位置的相移结构11及位于相移结构两侧的第一光栅12和第二光栅13。其中，相移结构11为真实相移，其相移量可以为0(均匀光栅)、λ/4、λ/8、或λ，也可以为其他数值的相移量，其中λ为相移光栅的输出波长。本申请中相移光栅的相移结构为真实相移，其与取样光栅中的等效相移不同。基于真实相移的相移光栅应用于非对称结构的DFB半导体激光器时，激光腔内耦合效率比基于等效相移的取样光栅应用于非对称结构的DFB半导体激光器的耦合效率大，腔长短，该DFB半导体激光器调制性能更好。

本实施方式中第一光栅12和第二光栅13分别位于相移结构11两侧，第一光栅12和第二光栅13的长度L₁和L₂相同，刻蚀深度H₁和H₂相同，周期Λ₁和Λ₂相等，但第一光栅12的占空比γ₁恒定不变，第二光栅13全部为切趾段光栅，切趾段光栅的长度L_A等于第二光栅13的长度L₂，其占空比γ₂沿光栅轴向逐渐变化，第二光栅的折射率调制强度弱于第一光栅的折射率调制强度。通过引入切趾，还能避免光栅的短波损耗和有效抑制布拉格光纤光栅反射谱，并能减少啁啾光纤光栅时延特性的振荡。

其中，占空比为光栅齿宽度在一个周期内所占的比例，本实施方式中周期Λ₁＝Λ₂，通过设计第一光栅和第二光栅中的光栅齿宽度b₁和b₂，对光栅的占空比进行调节，第一光栅的光栅齿宽度b₁恒定不变，使第一光栅的占空比为一恒定值，第二光栅全部为切趾段光栅，光栅齿宽度b₂沿光栅轴向逐渐变化，通过引入切趾的设计使第二光栅的占空比逐渐变化，以减弱第二光栅的折射率调制强度。

本实施方式中第一光栅12的占空比γ₁为一恒定值a，0<a<1.0，第二光栅13的占空比γ₂沿光栅轴向逐渐变化，其中：

当第一光栅的占空比γ₁为一恒定值a，0<a<0.5时，第二光栅13的占空比γ₂沿光栅轴向由a逐渐减小到0；

当第一光栅的占空比γ₁为一恒定值a，a＝0.5时，第二光栅13的占空比γ₂沿光栅轴向由0.5逐渐减小到0或由0.5逐渐增大到1.0；

当第一光栅的占空比γ₁为一恒定值a，0.5<a<1时，第二光栅13的占空比γ₂沿光栅轴向由a逐渐增大到1.0。

由于耦合系数κ正比于sin(πγ)，其中，κ为相移光栅的耦合系数，表示光栅反馈的强弱，γ为相移光栅的占空比，同时，耦合系数κ还正比于光栅的刻蚀深度H。本实施方式中在刻蚀深度H相等的条件下，第一光栅12的占空比γ₁恒定不变，第二光栅13的占空比γ₂沿光栅轴向逐渐变化，则第二光栅13的耦合系数κ₂沿光栅轴向逐渐变化，第一光栅12和第二光栅13的耦合系数κ₁和κ₂不等。而将该非对称结构相移光栅应用于DFB半导体激光器中时，在DFB半导体激光器两端面都镀抗反射膜(AR，反射率小于1％)或均不镀膜的情况下，两个端面输出光功率P₁和P₂不等，两个端面输出光功率P₁和P₂满足P₂:P₁＝κ₁:κ₂。

因此，在刻蚀深度相等的条件下，通过设计相移结构两侧第一光栅的光栅齿宽度b₁和第二光栅的的光栅齿宽度b₂，在第二光栅中引入切趾，使第一光栅的占空比恒定不变，切趾段光栅的占空比沿光栅轴向逐渐变化，即可实现相移结构两侧光栅不同的耦合系数，应用该相移光栅的DFB半导体激光器可实现两端的输出光功率不同。

优选地，本实施方式中第一光栅12的占空比γ₁为最佳占空比0.5，第二光栅13的占空比γ₂沿光栅轴向由0.5逐渐减小到0或由0.5逐渐增大到1.0，则第一光栅12的耦合系数κ₁大于第二光栅13的耦合系数κ₂，第一光栅12的折射率调制大于第二光栅13的折射率调制，即第一光栅12的反射率大于第二光栅13的反射率，进而第二光栅13一侧端面的输出光功率P₂大于第一光栅12一侧端面的输出光功率P₁，即P₂:P₁＞1。

应当理解的是，在其他实施方式中，第一光栅12的占空比γ₁为另一恒定值a’，而第二光栅13与保持不变，控制a’的值以使第二光栅的折射率大于第一光栅的折射率，，进而第二光栅13一侧端面的输出光功率P₂小于第一光栅12一侧端面的输出光功率P₁，即P₂:P₁＜1，此处不再进行详细说明。

参图4所示，介绍本申请第二实施方式中的相移光栅10。该相移光栅10包括位于相移光栅中心位置的相移结构11及位于相移结构两侧的第一光栅12和第二光栅13。其中，相移结构11为真实相移，其相移量可以为0(均匀光栅)、λ/4、λ/8、或λ，也可以为其他数值的相移量，其中λ为相移光栅的输出波长。本申请中相移光栅的相移结构为真实相移，其与取样光栅中的等效相移不同，基于真实相移的相移光栅应用于非对称结构的DFB半导体激光器时，激光腔内耦合效率比基于等效相移的取样光栅应用于非对称结构的DFB半导体激光器的耦合效率大，腔长短，该DFB半导体激光器调制性能更好。

本实施方式中第一光栅12和第二光栅13分别位于相移结构11两侧，第一光栅12和第二光栅13的长度L₁和L₂相同，刻蚀深度H₁和H₂相同，周期Λ₁和Λ₂相等，但第一光栅12的占空比γ₁恒定不变，第二光栅13部分为占空比恒定不变的均匀段光栅，部分为切趾段光栅，切趾段光栅的长度L_A小于第二光栅13的长度L₂，切趾段光栅的占空比γ₂沿光栅轴向逐渐变化，第二光栅的折射率调制强度弱于第一光栅的折射率调制强度。通过引入切趾，还能避免光栅的短波损耗和有效抑制布拉格光纤光栅反射谱，并能减少啁啾光纤光栅时延特性的振荡。

其中，占空比为光栅齿宽度在一个周期内所占的比例，本实施方式中周期Λ₁＝Λ₂，通过设计第一光栅和第二光栅中的光栅齿宽度b₁和b₂，对光栅的占空比进行调节，第一光栅的光栅齿宽度b₁恒定不变，使第一光栅的占空比为一恒定值，第二光栅部分为切趾段光栅，光栅齿宽度b₂在均匀段光栅中的光栅齿宽度b₂恒定不变，在切趾段光栅中沿光栅轴向逐渐变化，通过引入切趾的设计使切趾段光栅的占空比逐渐变化，以减弱第二光栅的折射率调制强度。

本实施方式中第一光栅12的占空比γ₁为一恒定值a，0<a<1.0，切趾段光栅的占空比γ₂沿光栅轴向逐渐变化，其中：

当第一光栅的占空比γ₁为一恒定值a，0<a<0.5时，第二光栅中切趾段光栅的占空比γ₂沿光栅轴向由a逐渐减小到0；

当第一光栅的占空比γ₁为一恒定值a，a＝0.5时，第二光栅中切趾段光栅的占空比γ₂沿光栅轴向由0.5逐渐减小到0或由0.5逐渐增大到1.0；

当第一光栅的占空比γ₁为一恒定值a，0.5<a<1时，第二光栅中切趾段光栅的占空比γ₂沿光栅轴向由a逐渐增大到1.0。

由于耦合系数κ正比于sin(πγ)，其中，κ为相移光栅的耦合系数，表示光栅反馈的强弱，γ为相移光栅的占空比，同时，耦合系数κ还正比于光栅的刻蚀深度H。本实施方式中在刻蚀深度H相等的条件下，第一光栅12的占空比γ₁恒定不变，第二光栅13中切趾段光栅的占空比γ₂沿光栅轴向逐渐变化，第一光栅12和第二光栅13的耦合系数κ₁和κ₂不等。而将该非对称结构相移光栅应用于DFB半导体激光器中时，在DFB半导体激光器两端面都镀抗反射膜(AR，反射率小于1％)或均不镀膜的情况下，两个端面输出光功率P₁和P₂不等，两个端面输出光功率P₁和P₂满足P₂:P₁＝κ₁:κ₂。

因此，在刻蚀深度相等的条件下，通过设计相移结构两侧第一光栅的光栅齿宽度b₁和第二光栅的的光栅齿宽度b₂，在第二光栅中引入切趾，使第一光栅的占空比恒定不变，第二光栅中切趾段光栅的占空比沿光栅轴向逐渐变化，即可实现相移结构两侧光栅不同的耦合系数，应用该相移光栅的DFB半导体激光器可实现两端的输出光功率不同。

优选地，本实施方式中第一光栅12的占空比γ₁为最佳占空比0.5，第二光栅13中切趾段光栅的占空比γ₂沿光栅轴向由0.5逐渐减小到0或由0.5逐渐增大到1.0，切趾段光栅的至少一侧设有均匀段光栅，均匀段光栅的占空比与切趾段光栅端部的占空比相同，即第二光栅中均匀段光栅的占空比恒定为0.5，切趾段光栅的占空比由0.5逐渐减小到0，或第二光栅中均匀段光栅的占空比恒定为0.5，切趾段光栅的占空比由0.5逐渐增大到1.0。第一光栅12的耦合系数κ₁大于第二光栅13的耦合系数κ₂，第一光栅12的折射率调制大于第二光栅13的折射率调制，即第一光栅12的反射率大于第二光栅13的反射率，进而第二光栅13一侧端面的输出光功率P₂大于第一光栅12一侧端面的输出光功率P₁，即P₂:P₁＞1。

应当理解的是，本实施方式中第二光栅包括一个均匀段光栅和一个切趾段光栅，均匀段光栅临近于相移结构设置，在其他实施方式中均匀段光栅也可以设置于远离相移结构位置，均匀段光栅的占空比与其相邻的切趾段光栅端部的占空比相同，如切趾段光栅的占空比由0.5逐渐增大到1.0，均匀段光栅的占空比恒定为1.0。

进一步地，第二光栅还可以包括多个均匀段光栅和/或多个切趾段光栅，同样地，每个均匀段光栅的占空比与其相邻的切趾段光栅端部的占空比相同，以使第二光栅的折射率调制强度弱于第一光栅的折射率调制强度，如第二光栅从相移结构向外依次包括第一均匀段光栅(占空比为0.5)、第一切趾段光栅(占空比由0.5逐渐减小到0.3)、第二均匀段光栅(占空比为0.3)和第二切趾段光栅(占空比由0.3逐渐减小到0)。

参图5、图6所示，介绍本申请第三实施方式中的DFB半导体激光器100。该DFB半导体激光器包括DFB激光腔及位于DFB激光腔上方和下方的若干外延层，DFB激光腔包括依次设置的光栅刻蚀阻止层20、相移光栅10、光栅覆盖层30，DFB激光腔内起选模作用的光栅是相移光栅10，其中，相移光栅10与第一实施方式中的非对称结构相移光栅10完全相同，此处不再进行赘述。相移光栅10中第一光栅的占空比恒定不变，第二光栅全部为切趾段光栅，切趾段光栅的占空比沿光栅轴向逐渐变化，以实现不同的耦合系数，DFB半导体激光器两端的输出光功率不同。

DFB半导体激光器在DFB激光腔的上方和下方的形成有若干外延层，如本实施方式中，DFB激光腔下方的外延层包括衬底31、缓冲层32、下限制层33、多量子阱层34及上限制层35，DFB激光腔上方的外延层包括脊条刻蚀阻止层41及脊条层42。

外延层的外延材料为Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物材料和Ⅳ-Ⅵ族半导体化合物材料，如InGaAsP/InP、InAlGaAs/InP、AlGaAs/GaAs、InGaAs/InGaP、GaAsP/InGaP等。

本实施方式中的DFB半导体激光器仅根据需要设计相移结构左右两段光栅的占空比，而DFB半导体激光器外延结构和电极制备等工艺均与现有技术相同，以下对本实施方式中DFB半导体激光器的制备工艺进行详细说明。

通过MOCVD外延技术，在300μm的n型InP衬底31上，依次外延生长：

厚度400nm、掺杂浓度1.5×10¹⁸cm^-2的n型InP作为缓冲层32；

厚度50nm的InGaAsP下限制层33；

应变InGaAsP多量子阱层34，本实施方式中多量子阱层34包括5个量子阱，势阱层厚度5nm，+1.5％压应变，势垒层厚度10nm，-0.6％的张应变，势阱层和势垒层交替生长；

厚度40nm、掺杂浓度2×10¹⁷cm^-2的p型InGaAsP上限制层35；

厚度25nm、掺杂浓度2×10¹⁷cm^-2的p型InP光栅刻蚀阻止层20；

厚度50nm的p型InGaAsP相移光栅10；

厚度90nm、掺杂浓度3×10¹⁷cm^-2的p型InP光栅覆盖层30；

厚度25nm的p型InGaAsP脊条刻蚀阻止层41；

厚度1.6μm、掺杂浓度3×10¹⁷cm^-2的p型InP脊条层42。

在上述DFB半导体激光器100两端面都镀抗反射膜(AR，反射率小于1％)的情况下，两个端面输出光功率P₁和P₂不等，即可实现输出光功率的不对称，增大DFB半导体激光器的有效输出光功率。

进一步地，在脊条层42的上方还可以进一步形成欧姆接触层43以及p型电极44，其制备工艺与现有技术相同，此处不再进行详细说明。

本实施方式中的DFB半导体激光器以脊波导型结构为例进行说明，在其他实施方式中也可以设计成掩埋异质结型结构，此处不再举例进行详细说明。

应当理解的是，上述实施方式中以基于切趾段光栅的非对称结构相移光栅应用于DFB半导体激光器为例进行说明，该类DFB半导体激光器可以在两端面进行镀膜。在其他实施方式中的光子集成芯片，如检测器阵列、激光器阵列、调制器阵列和复用器等光子器件，该类光子器件是通过选择区域外延生长技术或对接生长技术制备的，在集成过程中，无法通过镀高反射膜或抗反射膜增大有效输出光功率，通过本申请中非对称耦合系数的相移光栅就可以应用于高度集成的光子集成芯片中，以提高端面有效输出光功率。

本申请基于非对称结构相移光栅的DFB半导体激光器，在相移结构两侧的光栅长度、光栅刻蚀深度和光栅周期不变的条件下，第二光栅中引入切趾段光栅，实现两侧相移光栅耦合系数的不对称，DFB半导体激光器能够实现输出光功率的不对称，增大了激光器的有效输出光功率。通过第一光栅占空比的选择、优化设计切趾段光栅的长度与整个光栅长度之比以及切趾段光栅的切趾程度，实现不同数值的两端面输出光功率P₁和P₂之比。

本申请通过上述实施方式，具有以下有益效果：

基于切趾段光栅的非对称结构相移光栅应用于单个DFB半导体激光器，在端面不镀膜或均镀有抗反射膜的情况下，增大激光器的有效输出光功率，提高DFB半导体激光器的斜效率，避免了镀膜产生随机相位的影响，提高了DFB半导体激光器的稳定性；

基于切趾段光栅的非对称结构相移光栅和DFB半导体激光器可应用于高度集成的光子集成芯片中，提高了光子集成芯片端面的有效输出光功率。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非对称结构相移光栅，其特征在于，所述相移光栅包括位于相移光栅中心位置的相移结构及位于相移结构两侧的第一光栅和第二光栅，所述第一光栅和第二光栅的长度相同、刻蚀深度相同且光栅周期相等，第一光栅的占空比恒定不变，第二光栅包括切趾段光栅，切趾段光栅的占空比沿光栅轴向逐渐变化，第一光栅和第二光栅的折射率调制强度不相等。

2.根据权利要求1所述的非对称结构相移光栅，其特征在于，所述相移结构的相移量为0、λ/4、λ/8、或λ，λ为相移光栅的输出波长。

3.根据权利要求1所述的非对称结构相移光栅，其特征在于，所述第二光栅全部或部分为切趾段光栅。

4.根据权利要求3所述的非对称结构相移光栅，其特征在于，所述第一光栅的占空比为一恒定值a，0<a<1.0，其中：

当第一光栅的占空比为一恒定值a，0<a<0.5时，所述切趾段光栅的占空比沿光栅轴向由a逐渐减小到0；

当第一光栅的占空比为一恒定值a，a＝0.5时，所述切趾段光栅的占空比沿光栅轴向由0.5逐渐减小到0或由0.5逐渐增大到1.0；

当第一光栅的占空比为一恒定值a，0.5<a<1时，所述切趾段光栅的占空比沿光栅轴向由a逐渐增大到1.0。

5.一种DFB半导体激光器，所述DFB半导体激光器包括DFB激光腔及位于DFB激光腔上方和下方的若干外延层，DFB激光腔包括依次设置的光栅刻蚀阻止层、相移光栅、光栅覆盖层，其特征在于，所述相移光栅包括位于相移光栅中心位置的相移结构及位于相移结构两侧的第一光栅和第二光栅，所述第一光栅和第二光栅的长度相同、刻蚀深度相同且光栅周期相等，第一光栅的占空比恒定不变，第二光栅包括切趾段光栅，切趾段光栅的占空比沿光栅轴向逐渐变化，DFB半导体激光器两端面的输出功率不相等。

6.根据权利要求5所述的DFB半导体激光器，其特征在于，所述相移结构的相移量为0、λ/4、λ/8、或λ，λ为相移光栅的输出波长。

7.根据权利要求5所述的DFB半导体激光器，其特征在于，所述第二光栅全部或部分为切趾段光栅。

8.根据权利要求7所述的DFB半导体激光器，其特征在于，所述第一光栅的占空比为一恒定值a，0<a<1.0，其中：

当第一光栅的占空比为一恒定值a，0<a<0.5时，所述切趾段光栅的占空比沿光栅轴向由a逐渐减小到0；

当第一光栅的占空比为一恒定值a，a＝0.5时，所述切趾段光栅的占空比沿光栅轴向由0.5逐渐减小到0或由0.5逐渐增大到1.0；

当第一光栅的占空比为一恒定值a，0.5<a<1时，所述切趾段光栅的占空比沿光栅轴向由a逐渐增大到1.0。

9.根据权利要求5所述的DFB半导体激光器，其特征在于，所述DFB半导体激光器的两侧端面均镀有抗反射膜。

10.根据权利要求5所述的DFB半导体激光器，其特征在于，所述DFB半导体激光器为掩埋异质结型激光器或脊波导型激光器。