CN109167250B - 一种集成混沌激光器芯片及激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种集成混沌激光器芯片及激光器。所述激光器芯片包括:第一激光器组件和第二激光器组件,所述第一激光器组件与所述第二激光器组件,均为分布式反馈激光器DFB与半导体放大器SOA的集成芯片;其中,所述第一激光器组件包括左侧DFB区和右侧SOA区,所述第二激光器组件包括左侧SOA区和右侧DFB区;第一激光器组件的右侧SOA区的右端面镀有低反膜,所述第二激光器组件的左侧SOA区的左端面镀有高反膜;所述第一激光器组件与所述第二激光器组件通过所述低反膜和所述高反膜连接为一体。所述激光器芯片结构简单,操作容易,利用折射率匹配胶直接光耦合,大大提升耦合效率。
Description
技术领域
本发明实施例涉及激光器领域,尤其涉及一种集成混沌激光器芯片及激光器。
背景技术
混沌激光作为激光器输出的一种特殊形式,具有类噪声宽频谱的特性,天生具备隐蔽性,应用性强。近年来,随着混沌激光理论体系的逐步建立和完善,混沌激光的发展应用成为研究热点。半导体激光器因具有体积小、成本低、可靠性高、易集成、可直接调制等优点,成为混沌激光产生的优势激光器件,广泛应用于保密通信、激光测距、断点检测、对激光相干长度任意调控等方面。分布式反馈(DFB)激光器作为半导体激光器的一种,内置了布拉格光栅,具有可实现动态单纵模窄线宽输出、波长稳定性好、动态谱线好等优点,是混沌激光产生的首选光器件。
现有技术已提出多种集成芯片,用于产生混沌激光。例如,2008年,有提出一种新型单片光子集成芯片;2010年,有提出带有空气隙的多反馈单片集成混沌半导体芯片;2013年,有提出三段式单片集成半导体激光器芯片;2014年,有提出二维外腔结构的单片集成混沌激光器芯片等等。但是,以上集成混沌激光器结构复杂,操作难度高,耦合效率低,不利于实际应用。
除此之外,针对混沌激光特性,学者们也进行了许多研究。申请号为201110198943.6的中国专利申请,提供一种光反馈混沌激光器,可以提高混沌通信的保密性。但此混沌激光器利用分立器件搭建而成,体积大,成本高,易受环境影响。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明实施例提供一种集成混沌激光器芯片及激光器。
第一方面,本发明实施例提供一种集成混沌激光器芯片,包括:第一激光器组件和第二激光器组件,所述第一激光器组件与所述第二激光器组件,均为分布式反馈激光器DFB与半导体放大器SOA的集成芯片;
其中,所述第一激光器组件包括左侧DFB区和右侧SOA区,所述第二激光器组件包括左侧SOA区和右侧DFB区;
第一激光器组件的右侧SOA区的右端面镀有低反膜,所述第二激光器组件的左侧SOA区的左端面镀有高反膜;
所述第一激光器组件与所述第二激光器组件通过所述低反膜和所述高反膜连接为一体。
第二方面,本发明实施例提供一种激光器,包括本发明实施例第一方面及其任一可选实施例所述的集成混沌激光器芯片。
本发明实施例提供的一种集成混沌激光器芯片,通过两个分布式反馈激光器DFB与半导体放大器SOA的集成芯片连接而成,利用两个DFB和SOA的集成芯片的SOA端面处的高反膜和低反膜提供光反馈,实现互注入与光反馈联合扰动产生混沌的集成激光器芯片,产生有利于实际应用的宽带、频谱平坦的优质混沌光;利用单片集成工艺制作集成混沌激光器芯片,制作简单,结构紧凑,稳定性高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例集成混沌激光器芯片结构示意图;
图2为本发明实施例激光器组件生长示意图。
附图标记说明
1-1、第一激光器组件, 1-2、第二激光器组件,
21、N+电极层, 22、第一芯片衬底,
23、下限制层, 24、有源层,
25、上限值层, 251、分布反馈Bragg光栅,
26、波导层, 27、P+电极层,
28、隔离沟。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例集成混沌激光器芯片结构示意图,如图1所示的集成混沌激光器芯片,包括:第一激光器组件1-1和第二激光器组件1-2,所述第一激光器组件1-1与所述第二激光器组件1-2,均为分布式反馈激光器DFB与半导体放大器SOA的集成芯片;
其中,所述第一激光器组件1-1包括左侧DFB区和右侧SOA区,所述第二激光器组件1-2包括左侧SOA区和右侧DFB区;
第一激光器组件1-1的右侧SOA区的右端面镀有低反膜,所述第二激光器组件1-2的左侧SOA区的左端面镀有高反膜;
所述第一激光器组件1-1与所述第二激光器组件1-2通过所述低反膜和所述高反膜连接为一体。
请参考图1,本发明实施例的集成混沌激光器芯片包括两个激光器,即第一激光器组件1-1与第二激光器组件1-2,每个激光器均为DFB+SOA的集成芯片,每个激光器芯片均包括DFB区和SOA区,第一激光器组件1-1与第二激光器组件1-2的DFB区和SOA区的位置不相同,从整体上,两个DFB区均位于外侧,两个SOA均位于内侧,且两个SOA去相连接的端面分别镀有高反膜和低反膜。两个DFB+SOA的集成芯片的结构和制作工艺完全相同。
第一激光器组件和第二激光器组件的DFB为整个激光器芯片提供光信号,光信号最终从第二激光器组件的外侧输出。第一激光器组件的SOA工作在放大状态,第二激光器组件的SOA工作在激光器阈值电流状态。
本发明实施例DFB+SOA的集成芯片的结构所对应的半导体材料带隙波长在1.55微米,该结构中DFB区和SOA区使用的有源区材料均为应变量子阱材料。
本发明实施例提供的一种集成混沌激光器芯片,通过两个分布式反馈激光器DFB与半导体放大器SOA的集成芯片连接而成,利用两个DFB和SOA的集成芯片的SOA端面处的高反膜和低反膜提供光反馈,实现互注入与光反馈联合扰动产生混沌的集成激光器芯片,产生有利于实际应用的宽带、频谱平坦的优质混沌光;利用单片集成工艺制作集成混沌激光器芯片,制作简单,结构紧凑,稳定性高。
图2为本发明实施例激光器组件生长示意图,基于上述实施例,所述分布式反馈激光器DFB与半导体放大器SOA的集成芯片,具体包括:
第一芯片衬底22;
制作于所述第一芯片衬底22的第一表面的下限制层23;
制作于所述下限制层23上的有源层24;
制作于所述有源层24上的上限制层25,所述上限制层25的左侧区域或右侧区域制作有分布反馈Bragg光栅层251,其中,制作有分布反馈Bragg光栅层的区域为DFB区,未制作分布反馈Bragg光栅层的区域为SOA区;
制作于所述上限制层25上的中间位置的波导层26,所述波导层26为条状;
制作于所述波导层26上的P+电极层27,所述P+电极层27通过隔离沟28分为两段,分别对应DFB区和SOA区;
制作于所述第一芯片衬底22的第二表面的N+电极层21,其中,所述第二表面为与所述第一表面相对的表面。
请参考图2,DFB与SOA的集成芯片从下至上依次包括N+电极层21、第一芯片衬底22、下限制层23、有源层24、上限制层25、波导层26和P+电极层27。其中,上限制层25部分制作有分布反馈Bragg光栅层251,制作有分布反馈Bragg光栅层的区域为DFB区,如图2中左侧虚线所示的DFB,DFB区为整个芯片提供输出光和反馈光;未制作分布反馈Bragg光栅层的区域为SOA区,如图2中右侧虚线所示的SOA。其中,P+电极层27为条状,长度与集成芯片的长度相同,宽度较集成芯片窄,位于集成芯片的宽度的中间位置,且通过隔离沟28分为两段,分别对应DFB区和SOA区,从而,P+电极层27分为DFB区P+电极层和SOA区P+电极层;其中隔离沟28是通过注入He+或者材料刻蚀等方式使之成为高阻区,从而实现各电极之间的电隔离。
可选的,所述DFB区的长度范围为400~600μm,所述SOA区的长度范围为100~300μm。优选的,所述DFB区的长度为500μm,所述SOA区的长度为200μm。
基于上述实施例,所述DFB区的分布反馈Bragg光栅的材料为InP和InGaAsP,为整个芯片提供光信号;所述SOA区为InGaAs材料和/或InGaAsP材料的双异质结多量子阱结构,用于双向放大光信号,SOA放大区中产生的放大的自发辐射噪声可提供随机光反馈。
本实施例中混合集成混沌半导体激光器芯片的两个激光器的DFB区和SOA区的长度范围及材料结构均相同,只是SOA区和DFB区的左右位置不同。
基于上述实施例,所述第一激光器组件与所述第二激光器组件的长度范围为500~900μm,且所述第一激光器组件与所述第二激光器组件的长度相等。优选的,所述第一激光器组件的长度为600±50μm,所述第二激光器组件的长度为600±50μm。优选的,所述第一激光器组件的长度为600μm,所述第二激光器组件的长度为600μm。
可选的,所述第一激光器组件的DFB区的外侧端面为自然解理端面,反射率在0.25~0.35范围内;
所述第二激光器组件的DFB区的外侧端面为自然解理端面,反射率在0.25~0.35范围内。
可选的,所述第一激光器组件的SOA区的右侧端面低反膜的反射率在0.05~0.15范围内;
所述第二激光器组件的SOA区的左侧端面高反膜的反射率在0.85~0.95范围内。
优选的,所述第一激光器组件的DFB区的外侧端面的反射率为0.3;
所述第二激光器组件的DFB区的外侧端面的反射率为0.3;
所述第一激光器组件的SOA区的右侧端面低反膜的反射率为0.1;
所述第二激光器组件的SOA区的左侧端面高反膜的反射率为0.9。
本发明优选实施例中,所述集成混沌激光器芯片的第一激光器组件1-1与第二激光器组件1-2的DFB外侧端面,均为自然解理端面,反射率为0.3;第一激光器组件1-1的SOA右侧端面镀有低反膜,反射率为0.1,第二激光器组件1-2的SOA左侧端面镀有高反膜,反射率为0.9。最终从第二激光器组件1-2的DFB右侧自然解理端面输出混沌信号。
具体的,所述低反膜和所述高反膜的制作流程包括:蒸镀、磁控溅射、溶胶凝胶、喷涂热分解和离子束外延。
本发明实施例低反膜和高反膜,其制作方法完全相同,只是反射率不同,高反膜的反射率高,低反膜的反射率低;低反膜和高反膜在激光器芯片起光反馈作用,第一激光器组件1-1与第二激光器组件1-2即两个DFB+SOA的集成芯片互注入,从而产生优质混沌激光。
本发明实施例通过两个DFB+SOA的集成芯片,实现一种互注入与光反馈联合扰动产生混沌的集成激光器芯片,DFB+SOA的集成芯片作为混沌激光产生的核心结构,利用互注入产生频谱平谈、宽带的优质混沌激光,该模块采用单片集成结构,结构紧凑,稳定性高,集成性强;并利用折射率匹配胶直接光耦合,大大提升耦合效率,耦合效率高,操作简单,性能稳定。
本发明实施例还提供一种激光器,包括本发明实施例及其任一可选实施例所述的集成混沌激光器芯片。
需要说明的是,任何包含有本发明上述实施例及其任一可选实施例所述的集成混沌激光器芯片的设备,都在本发明实施例的保护范围内。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种集成混沌激光器芯片,其特征在于,包括:第一激光器组件和第二激光器组件,所述第一激光器组件与所述第二激光器组件,均为分布式反馈激光器DFB与半导体放大器SOA的集成芯片;
其中,所述第一激光器组件包括左侧DFB区和右侧SOA区,所述第二激光器组件包括左侧SOA区和右侧DFB区;
第一激光器组件的右侧SOA区的右端面镀有低反膜,所述第二激光器组件的左侧SOA区的左端面镀有高反膜;
所述第一激光器组件与所述第二激光器组件通过所述低反膜和所述高反膜连接为一体。
2.根据权利要求1所述的集成混沌激光器芯片,其特征在于,所述分布式反馈激光器DFB与半导体放大器SOA的集成芯片,具体包括:
第一芯片衬底;
制作于所述第一芯片衬底的第一表面的下限制层;
制作于所述下限制层上的有源层;
制作于所述有源层上的上限制层,所述上限制层的左侧区域或右侧区域制作有分布反馈布拉格Bragg光栅层,其中,制作有分布反馈Bragg光栅层的区域为DFB区,未制作分布反馈Bragg光栅层的区域为SOA区;
制作于所述上限制层上的中间位置的波导层,所述波导层为条状;
制作于所述波导层上的P+电极层,所述P+电极层通过隔离沟分为两段,分别对应DFB区和SOA区;
制作于所述第一芯片衬底的第二表面的N+电极层。
3.根据权利要求2所述的集成混沌激光器芯片,其特征在于,所述DFB区的长度范围为400~600μm,所述SOA区的长度范围为100~300μm。
4.根据权利要求2或3所述的集成混沌激光器芯片,其特征在于,所述DFB区的分布反馈Bragg光栅的材料为InP和InGaAsP,所述SOA区为InGaAs材料和/或InGaAsP材料的双异质结多量子阱结构。
5.根据权利要求1或2或3所述的集成混沌激光器芯片,其特征在于,所述第一激光器组件与所述第二激光器组件的长度范围为500~900μm,且所述第一激光器组件与所述第二激光器组件的长度相等。
6.根据权利要求1所述的集成混沌激光器芯片,其特征在于,所述第一激光器组件的DFB区的外侧端面为自然解理端面,反射率在0.25~0.35范围内;
所述第二激光器组件的DFB区的外侧端面为自然解理端面,反射率在0.25~0.35范围内。
7.根据权利要求1或2或6所述的集成混沌激光器芯片,其特征在于,
所述第一激光器组件的SOA区的右侧端面低反膜的反射率在0.05~0.15范围内;
所述第二激光器组件的SOA区的左侧端面高反膜的反射率在0.85~0.95范围内。
8.根据权利要求1或2或6所述的集成混沌激光器芯片,其特征在于,所述第一激光器组件的DFB区的外侧端面的反射率为0.3;
所述第二激光器组件的DFB区的外侧端面的反射率为0.3;
所述第一激光器组件的SOA区的右侧端面低反膜的反射率为0.1;
所述第二激光器组件的SOA区的左侧端面高反膜的反射率为0.9。
9.根据权利要求1所述的集成混沌激光器芯片,其特征在于,所述低反膜和所述高反膜的制作流程包括:蒸镀、磁控溅射、溶胶凝胶、喷涂热分解和离子束外延。
10.一种激光器,其特征在于,包括权利要求1-9任一项所述的集成混沌激光器芯片。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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