CN109638645B - 可调谐耦合腔半导体激光器 - Google Patents

可调谐耦合腔半导体激光器 Download PDF

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Abstract

一种可调谐耦合腔半导体激光器，包括：FP腔；变形式回音壁微腔，与FP腔的第一端相连接，作为FP腔的一个反射端面，该变形式回音壁微腔与FP腔形成一耦合腔结构；以及电隔离槽，设置于FP腔与变形式回音壁微腔之间；其中，光可以从FP腔进入变形式回音壁微腔中，在变形式回音壁微腔内经过若干次反射后特定波长的光反射回FP腔中。该可调谐耦合腔激光器激射的耦合模在FP腔内模式的基模占比很高，从而降低光在FP腔中的损耗，同时使耦合腔激射模式更稳定、输出功率更高；同时，变形式回音壁微腔的等效反射率谱对腔中的增益变化不敏感，激射模式不容易跳变到相邻纵模，使得可调谐耦合腔激光器可获得大的波长调谐范围。

Description

可调谐耦合腔半导体激光器
技术领域
本公开属于光纤通信和半导体激光器技术领域，涉及一种可调谐耦合腔半导体激光器。
背景技术
波长可调谐激光器是波分复用系统中一个重要构成部分，也是光子集成电路以及下一代可重构光网络的关键器件之一。随着光通信技术的迅速发展，可调谐半导体激光器也在不断的向着低成本、低功耗、高边模抑制比、高输出功率、高波长切换速度、窄线宽和单片集成、以及高调制速率的方向发展。从实际应用出发，要求可调谐激光器可以大范围调谐、成本低廉、工作稳定且易于操作。
目前，商业可用的单片集成的大范围可调谐半导体激光器主要是基于光栅进行选模的，如分布式反馈DFB激光器阵列和分布式布拉格反射DBR激光器。可调谐DFB激光器主要是利用了温度引起折射率变化实现波长可调谐，InP基DFB激光器的可调谐范围一般是5nm左右，通过不同调谐范围的DFB激光器做成阵列，实现较大的调谐范围。可调谐DBR激光器利用注入光栅区电流的载流子色散效应引起光吸收损耗和材料折射率的改变来实现波长的调节。传统的DBR激光器调谐范围大约10nm，最大的普通DBR激光器调谐范围达到22nm，不足以覆盖整个C波段。为了增大DBR的调谐范围，一些改进型DBR激光器，例如SGDBR、SSGDBR、DSDBR等激光器的提出，极大的拓宽了激光器的波长调谐范围。但是，基于光栅进行调节的可调谐激光器由于其制作过程中需要进行二次外延并制作高精度光栅，因此工艺非常复杂。
因此，有必要提出一种制作工艺简单，且能实现大范围调谐、成本低廉、工作稳定、能够进行高速调制且易于操作的波长可调谐激光器。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种可调谐耦合腔半导体激光器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种可调谐耦合腔半导体激光器，包括：FP腔2；变形式回音壁微腔1，与FP腔2的第一端相连接，作为FP腔2的一个反射端面，该变形式回音壁微腔1与FP腔2形成一耦合腔结构；以及电隔离槽3，设置于FP腔2与变形式回音壁微腔1之间；其中，光从FP腔2的第二端入射后进入变形式回音壁微腔1中，在变形式回音壁微腔1内经过若干反射后特定波长的光反射回FP腔2中。
在本公开的一些实施例中，变形式回音壁微腔1的形状是通过将正方形的顶角沿对角线向外拉伸特定距离形成的特定尺寸的变形图形，该变形式回音壁微腔1沿着变形方向的对角线与FP腔2沿腔长方向的对称轴在同一条直线上。
在本公开的一些实施例中，变形式回音壁微腔1对不同的波长的光具有不同的反射率，在特定波长处具有反射率峰值，峰值之间的间距为特定尺寸下变形式回音壁微腔1两倍的纵模间隔。
在本公开的一些实施例中，变形式回音壁微腔1的尺寸设置使得耦合腔结构中的变形式回音壁微腔1和FP腔2同时只有一个谐振频率在增益谱内重合，变形式回音壁微腔1和FP腔2均通过施加不同的电流或电压来改变各自的有效折射率，从而实现激射波长的调谐。
在本公开的一些实施例中，通过在变形式回音壁微腔1上施加不同的电流或电压来使变形式回音壁微腔1的模式与不同的FP腔2模式进行耦合，实现激射波长的粗调；通过调节在FP腔2上施加的电流或电压实现激射波长的微调，粗调与微调协同从而实现激射波长的连续调谐。
在本公开的一些实施例中，变形式回音壁微腔1的尺寸设置使得耦合腔结构中的变形式回音壁微腔1与FP腔2中的基横模相耦合。
在本公开的一些实施例中，变形式回音壁微腔1的尺寸设置方法为：通过结构仿真寻找使所述变形式回音壁微腔1的等效反射率在一定波长范围内只有一个高反射率峰值(大于解理面反射率0.3)的尺寸。
在本公开的一些实施例中，FP腔2为条状结构。
在本公开的一些实施例中，FP腔2的第二端的端面为解理面或者端面镀膜结构。
在本公开的一些实施例中，变形式回音壁微腔1能通过改变注入电流、温度、或者改变载流子浓度的方式来调控该变形式回音壁微腔1的等效折射率。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开提供的可调谐耦合腔半导体激光器，具有以下有益效果：
(1)通过引入变形式回音壁微腔作为FP腔的一个反射端面，该变形式回音壁微腔包括但不限于正方形微腔的一个角沿着对角线拉伸特定距离形成的形状，拉伸距离与回音壁微腔的尺寸有关，通过合理设置该变形式回音壁微腔的尺寸实现变形式回音壁微腔中的模式与FP腔中基横模相耦合，使得可调谐耦合腔激光器激射的耦合模在FP腔内模式的基模占比很高(超过90％)，从而降低光在FP腔中的损耗，同时使耦合腔激射模式更稳定、输出功率更高；同时，该变形式回音壁微腔的等效反射率谱对腔中的增益变化不敏感，激射模式不容易跳变到相邻纵模，使得可调谐耦合腔激光器可获得大的波长调谐范围；实现了单模、高速调制、波长大范围调谐、耦合腔激射模式更稳定、输出功率更高的优异性能；
(2)通过分别在变形式回音壁微腔和FP腔施加不同的电流或电压来改变各自的有效折射率，实现波长的大范围连续调谐，其中，通过在变形式回音壁微腔1上施加不同的电流或电压来使变形式回音壁微腔1的模式与不同的FP腔2模式进行耦合，实现激射波长的粗调，通过调节在FP腔2上施加的电流或电压实现激射波长的微调，粗调与微调协同从而实现激射波长的连续调谐；
(3)提出了一种优化设置变形式回音壁微腔的尺寸的方法，对于不同尺寸的回音壁微腔，变形的尺寸对应不同，通过结构仿真寻找使该变形式回音壁微腔1的等效反射率在一定波长范围内只有一个高反射率峰值(大于解理面反射率0.3)的尺寸，使得变形式回音壁微腔中的模式与FP腔中基横模相耦合，降低光在FP腔中的损耗，出射的激光更容易耦合进入光纤，并且激射模式更稳定；
(4)该可调谐耦合腔半导体激光器通过引入变形式回音壁微腔，与常规的微腔的形状为圆盘型、圆环形、多边形或椭圆形的回音壁微腔相比，通过提出一种变形式回音壁微腔，并通过合理设置或优化设置其尺寸和变形(拉伸距离)，提高了回音壁微腔等效反射率的同时，优化了FP腔中的模式，使FP腔中模式以基模形式存在(FP腔中基模损耗低，稳定)，显著提高了耦合腔激光器的性能，获得了更高的输出功率，可调谐范围，边模抑制比；而常规形状的回音壁微腔在FP腔中的模式是以高阶模存在的，限制了其进一步的应用，而本申请正是解决了这一局限性；
(5)该可调谐耦合腔半导体激光器不需要使用光栅进行选模，制作工艺简单，成本低、成品率和可靠性高、易于集成，可以实现大范围的数字式调谐，克服现有商业可用的调谐激光器利用光栅进行选模所存在的制作精度要求高和成本高的缺陷，在高速光纤通信系统具有良好的应用前景。
附图说明
图1为根据本公开一实施例所示的可调谐耦合腔半导体激光器的立体结构示意图。
图2为根据本公开一实施例所示的可调谐耦合腔半导体激光器的平面结构示意图。
图3为根据本公开一实施例所示的利用时域有限差分法数值计算边长10微米，变形量0.15微米的变形式回音壁微腔得到的等效反射率谱。
图4为根据本公开一实施例所示的利用有限元分析法数值计算变形式回音壁微腔边长为10微米，变形量为0.15微米，FP腔宽度为2微米，腔长为300微米对应的(a)可调谐耦合腔半导体激光器腔内模式场分布及其(b)(c)局部放大图。
图5为根据本公开一实施例所示的变形式回音壁微腔在不同偏置电流下，输出激光耦合到单模光纤的功率-电流曲线图。
图6为根据本公开一实施例所示的变形式回音壁微腔的注入电流为21mA，FP腔的注入电流为60mA对应情况下测得的激光光谱图。
图7为根据本公开一实施例所示的改变变形式回音壁微腔注入电流，同时调节FP腔电流获得的波长连续可调谐光谱图。
图8为根据本公开一实施例所示的保持变形式回音壁微腔注入电流为5mA，改变不同FP腔偏置电流情况下测得的激光器小信号动态响应曲线图。
图9为根据本公开一实施例所示的变形式回音壁微腔注入电流为14mA，FP腔注入电流为68mA情况下测得的20G大信号眼图。
【符号说明】
1-变形式回音壁微腔； 2-FP腔；
3-电隔离槽； 4-回音壁微腔P面电极；
5-FP腔P面电极； 6-N面电极；
7-解理面。
具体实施方式
回音壁模式微腔利用光线在界面的全反射形成谐振模式，具有体积小、阈值低、功耗低、易于集成等优点而被广泛的应用于光子集成电路、光互连、光通信和微波光子等领域。与传统的半导体激光器相比，由于其具有品质因子高、尺寸小等特点，而在直接高速调制等方面展现出了明显的优势。然而，回音壁模式微腔激光器由于其自身腔体积较小，其输出功率与传统激光器相比也较小，故需要在其输出功率与腔的单模性之间做出一定的权衡。另外，现有技术中，常规形状的回音壁微腔如圆盘型、圆环形、正多边形或椭圆形与FP腔形成的耦合腔结构虽然显著提高了激光器的输出功率等特性，但由于常规形状的回音壁微腔与FP腔形成的耦合腔在FP腔中的模式是以高阶模存在的，限制了其进一步的应用。
因此，本公开针对上述发现的技术问题提出了一种可调谐耦合腔半导体激光器，通过引入变形式回音壁微腔作为FP腔的一个反射端面，通过合理设置该变形式回音壁微腔的尺寸实现变形式回音壁微腔中的模式与FP腔中基横模相耦合，使得可调谐耦合腔激光器激射的耦合模在FP腔内模式的基模占比很高(超过90％)，从而降低光在FP腔中的损耗，同时使耦合腔激射模式更稳定、输出功率更高；同时，该变形式回音壁微腔的等效反射率谱对腔中的增益变化不敏感，激射模式不容易跳变到相邻纵模，使得可调谐耦合腔激光器可获得大的波长调谐范围，不需要使用光栅进行选模，制作工艺简单，成本低、成品率和可靠性高、易于集成，在高速光纤通信系统具有良好的应用前景。
该可调谐耦合腔半导体激光器通过引入变形式回音壁微腔，与常规的微腔的形状为圆盘型、圆环形、多边形或椭圆形的回音壁微腔相比，通过提出一种变形式回音壁微腔，并通过合理设置或优化设置其尺寸和变形(拉伸距离)，提高了回音壁微腔等效反射率的同时，优化了FP腔中的模式，使FP腔中模式以基模形式存在(FP腔中基模损耗低，稳定)，显著提高了耦合腔激光器的性能，获得了更高的输出功率，可调谐范围，边模抑制比；而常规形状的回音壁微腔在FP腔中的模式是以高阶模存在的，限制了其进一步的应用，而本申请正是解决了这一局限性。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。本公开中，应该理解的是，当元件诸如层、膜、区域、或衬底描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。而且，在说明书以及下面的权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者该元件与另一元件之间存在间隔，间隔部分通过第三元件实现连接。
在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种可调谐耦合腔半导体激光器。
图1为根据本公开一实施例所示的可调谐耦合腔半导体激光器的立体结构示意图。图2为根据本公开一实施例所示的可调谐耦合腔半导体激光器的平面结构示意图。
结合图1和图2所示，本公开的可调谐耦合腔半导体激光器，包括：FP腔2；变形式回音壁微腔1，与FP腔2的第一端相连接，作为FP腔2的一个反射端面，该变形式回音壁微腔1与FP腔2形成一耦合腔结构；以及电隔离槽3，设置于FP腔2与变形式回音壁微腔1之间；其中，光从FP腔2的第二端入射后进入变形式回音壁微腔1中，在变形式回音壁微腔1内经过若干反射后特定波长的光反射回FP腔2中。
下面结合附图对本实施例的可调谐耦合腔半导体激光器进行详细介绍。
本实施例中，可调谐耦合腔半导体激光器，包括：FP腔2；变形式回音壁微腔1，与FP腔2的第一端相连接，作为FP腔2的一个反射端面，该变形式回音壁微腔1与FP腔2形成一耦合腔结构；其中，FP腔2与变形式回音壁微腔1制作于同一衬底之上，FP腔2与变形式回音壁微腔1均为叠层结构，电隔离槽3，设置于FP腔2与变形式回音壁微腔1之间，其中，光从FP腔2的第二端入射后进入变形式回音壁微腔1中，在变形式回音壁微腔1内经过若干反射后特定波长的光反射回FP腔2中。
本实施例中，FP腔2作为一个主腔，FP腔2的第二端的端面为解理面7(本实施例)或者端面镀膜结构，第一端与变形式回音壁微腔1相连接，变形式回音壁微腔1作为FP腔2的一个反射端面，与FP腔2形成一耦合腔结构，该变形式回音壁微腔1的等效反射谱与波长具有相关性。
本公开中，光从FP腔2的第二端入射后进入变形式回音壁微腔1中，在变形式回音壁微腔1内经过若干反射后特定波长的光反射回FP腔2中，这部分光子(特定波长的光对应的光子)在FP腔2中通过受激辐射放大后到达FP腔2的第二端面，反射至FP腔中的特定波长的光对应的光子中有部分在解理面7被反射回FP腔2内，其它的光子从该第二端出射，从而实现激光器的谐振和有效输出。
本实施例中，变形式回音壁微腔1的形状是通过将正方形的1个顶角沿对角线向外拉伸特定距离形成的特定尺寸的变形图形，该变形式回音壁微腔1沿着变形方向的对角线与FP腔2沿腔长方向的对称轴在同一条直线上。当然，本公开的变形式回音壁微腔1的形状不局限于上述示例，变形方式也不局限于上述拉伸的方式，同时拉伸角的个数也不局限于1个顶角，任何经过变形后实现变形式回音壁微腔中的模式与FP腔中基横模相耦合，使得可调谐耦合腔激光器激射的耦合模在FP腔内模式的基模占比很高(超过90％)的变形图形均在本公开的保护范围之内。
图3为根据本公开一实施例所示的利用时域有限差分法数值计算边长10微米，变形量0.15微米的变形式回音壁微腔得到的等效反射率谱。
本公开的变形式回音壁微腔1对不同的波长的光具有不同的反射率，在特定波长处具有反射率峰值，峰值之间的间距为特定尺寸下变形式回音壁微腔1两倍的纵模间隔，例如在本实施例中，变形式回音壁微腔的形状为正方形/菱形，表示正方形沿着对角线拉伸特定距离形成的变形图形，该正方形/菱形回音壁微腔的尺寸如下：边长10微米，变形量0.15微米，利用时域有限差分法进行了仿真数值计算，得到该尺寸下变形式回音壁微腔的等效反射率谱如图3所示，该尺寸下的变形式回音壁微腔具有多个反射率峰值，反射率谱在特定波长处反射率高于其它位置，两个高反射率峰值之间的间距(图3中α1和α2之间的距离)为该变形式回音壁微腔两倍的纵模间隔，这与该变形式回音壁微腔内的模式分布有关。
在本公开的一些实施例中，变形式回音壁微腔1的尺寸设置使得耦合腔结构中的变形式回音壁微腔1和FP腔2同时只有一个谐振频率在增益谱内重合，变形式回音壁微腔1和FP腔2均通过施加不同的电流或电压来改变各自的有效折射率，从而实现激射波长的调谐。
继续参照图3所示，变形式回音壁微腔1的等效反射率在增益谱中心附近只有一个较高的峰值，因此该可调谐耦合腔半导体激光器可以实现单模激射。本实施例中正方形/菱形回音壁微腔的等效反射率受增益影响变化小。从图3中可以看到，当对正方形/菱形回音壁微腔施加一定的增益(例如8cm-1)时，其反射谱变化很小，因此，当变形式回音壁微腔的注入电流发生变化时，激射模式不容易跳变到相邻纵模。
在本公开的一些实施例中，变形式回音壁微腔1能通过改变注入电流(本实施例)、温度、或者改变载流子浓度的方式来调控该变形式回音壁微腔1的等效折射率。
在本公开的一些实施例中，通过在变形式回音壁微腔1上施加不同的电流或电压来使变形式回音壁微腔1的模式与不同的FP腔2模式进行耦合，实现激射波长的粗调；通过调节在FP腔2上施加的电流或电压实现激射波长的微调，粗调与微调协同从而实现激射波长的连续调谐。
比如，本实施例中，通过变化变形式回音壁微腔的注入电流，使回音壁模式与不同的FP模式耦合，实现激射波长的跳跃式改变，相当于粗调；通过改变FP腔注入电流实现激射波长在一定范围内移动，相当于精细调节；同时调节变形式回音壁微腔和FP腔这两个腔的注入电流可以实现激射波长的连续调谐，如图8所示，下文会详细介绍。
通过改变注入电流的方式改变本公开的变形式回音壁微腔1的等效折射率，当变形式回音壁微腔的注入电流发生变化时，激射模式不容易跳变到相邻纵模，具有良好的激射模式稳定性，如此，通过改变该变形式回音壁微腔的注入电流(或施加电压)，使变形式回音壁微腔的模式与不同的FP腔模式耦合，实现激射波长的跳跃式改变，从而使可调谐耦合腔激光器可获得大的波长调谐范围，不需要使用光栅进行选模。
当然，除了采用改变注入电流的方式来调控变形式回音壁微腔的等效折射率之外，还可以通过其它的方式改变载流子浓度或温度的方式来实现对折射率的调控。
在本公开的一些实施例中，变形式回音壁微腔1的尺寸设置使得耦合腔结构中的变形式回音壁微腔1与FP腔2中的基横模相耦合。例如，变形式回音壁微腔1的尺寸设置方法为：通过结构仿真寻找使变形式回音壁微腔1的等效反射率在一定波长范围内只有一个高反射率峰值(大于解理面反射率0.3)的尺寸。
图4为根据本公开一实施例所示的利用有限元分析法数值计算变形式回音壁微腔边长为10微米，变形量为0.15微米，FP腔宽度为2微米，腔长为300微米对应的(a)可调谐耦合腔半导体激光器腔内模式场分布及其(b)(c)局部放大图。
本公开中耦合模在FP腔2中是以近似基模存在的，因此损耗比较小，出射的激光更容易耦合进光纤中，而且，激射模式更稳定。图4是利用有限元分析法数值仿真了耦合腔中的场分布，由图4中(a)(b)和(c)可知，FP腔中的模式近似是基横模，经计算，取不同FP腔长时，FP腔内模式的基模占比都高于90％。
在一些实施例中，FP腔2为条状结构，优选该条状结构的长度为20微米至1毫米，宽度为0.3微米至10微米，在该范围内进行长度和宽度的增大可以提高激光器的最高输出功率，但同时会引入较多的纵模和横模，因此为了获得大的输出功率和好的单模性，可以在上述优选范围内进一步增加FP腔的长度，同时减小FP腔的宽度。FP腔的最大宽度小于变形式回音壁微腔与FP腔宽度平行方向的宽度(本实施例中，指的是未被拉伸的那条对角线)。
本公开中的可调谐耦合腔半导体激光器中的变形式回音壁微腔和FP腔可以由相同材料、相同工艺制成，也可以由不同材料制备；FP腔至少有一部分/层具有量子阱结构，对其注入电流可以提供光增益；变形式回音壁微腔可以包含有源材料(比如量子阱结构)或者无源材料，通过改变其注入电流或者其他改变其载流子浓度或温度的方式，控制其折射率的改变，从而实现可调谐耦合腔半导体激光器激射波长的调谐。
在一实例中，衬底材料为lnP，有源层为AlGalnAs多量子阱结构，变形式回音壁微腔1的形状为正方形/菱形，FP腔2为条状结构，长度为300微米，宽度为2微米；正方形/菱形回音壁微腔(SRM，Square/Rhombus Microcavity)的边长为15微米，变形量0.25微米(拉伸量)，在向外拉伸的顶角处与FP腔直接相连形成耦合腔结构；FP腔2与变形式回音壁微腔1之间存在一个电隔离槽3，长约10微米，电隔离槽3是通过腐蚀上述两腔之间的上接触层P型重掺杂材料而成，以实现电隔离，隔离电阻为8000欧姆；该可调谐耦合腔半导体激光器的器件总长度约为340微米。在叠层结构方向上，变形式回音壁微腔1与FP腔2两腔体采用相同材料以及相同的工艺制备而成，刻蚀深度为4微米，有源层厚度为200纳米，位于深度2微米处。
利用本实例所示的可调谐耦合腔半导体激光器(下面简称器件)进行了性能测试。
图5为根据本公开一实施例所示的变形式回音壁微腔在不同偏置电流下，输出激光耦合到单模光纤的功率-电流曲线图。
参照图5所示，偏置电流分别为0、10mA、25mA，该器件实现了室温连续电注入激射，并且通过提高变形式回音壁微腔的偏置电流可以大幅度提高该耦合腔结构的输出功率，同时激射阈值也有一定的降低。
图6为根据本公开一实施例所示的变形式回音壁微腔的注入电流为21mA，FP腔的注入电流为60mA对应情况下测得的激光光谱图。
参照图6所示，变形式回音壁微腔的注入电流为21mA，FP腔的注入电流为60mA，激射模式波长位于1573nm附近，边模抑制比(SMSR)约为44.5dB，实现了良好的单模工作。
图7为根据本公开一实施例所示的改变变形式回音壁微腔注入电流，同时调节FP腔电流获得的波长连续可调谐光谱图。
参照图7所示，通过同时调节回音壁微腔注入电流和FP腔电流，实现了波长在1547nm到1576nm范围内波长的连续调谐。
图8为根据本公开一实施例所示的保持变形式回音壁微腔注入电流为5mA，改变不同FP腔偏置电流情况下测得的激光器小信号动态响应曲线图。
参照图8所示，保持变形式回音壁微腔注入电流为5mA，当FP腔偏置电流分别为30mA、40mA、70mA时，该器件的小信号调制3dB带宽分别为9.3GHz、12.1GHz、14.1GHz。
图9为根据本公开一实施例所示的变形式回音壁微腔注入电流为14mA，FP腔注入电流为68mA情况下测得的20G大信号眼图。
参照图9所示，在变形式回音壁微腔的注入电流为14mA，FP腔注入电流为68mA时，调制速率为20Gb/s的大信号眼图，这说明该激光器可用于高速光纤通信系统中。
可见，通过引入变形式回音壁微腔作为FP腔的一个反射端面，该变形式回音壁微腔包括但不限于正方形微腔的一个角沿着对角线拉伸特定距离形成的形状，拉伸距离与回音壁微腔的尺寸有关，通过合理设置该变形式回音壁微腔的尺寸实现变形式回音壁微腔中的模式与FP腔中基横模相耦合，使得可调谐耦合腔激光器激射的耦合模在FP腔内模式的基模占比很高(超过90％)，从而降低光在FP腔中的损耗，同时使耦合腔激射模式更稳定、输出功率更高；同时，该变形式回音壁微腔的等效反射率谱对腔中的增益变化不敏感，激射模式不容易跳变到相邻纵模，使得可调谐耦合腔激光器可获得大的波长调谐范围；实现了单模、高速调制、波长大范围调谐、耦合腔激射模式更稳定、输出功率更高的优异性能。
从制作工艺上来说，该可调谐耦合腔半导体激光器不需要使用光栅进行选模，制作工艺简单，成本低、成品率和可靠性高、易于集成，可以实现大范围的数字式调谐，克服现有商业可用的调谐激光器利用光栅进行选模所存在的制作精度要求高和成本高的缺陷，在高速光纤通信系统具有良好的应用前景。
综上所述，本公开提供了一种可调谐耦合腔半导体激光器，通过引入变形式回音壁微腔作为FP腔的一个反射端面，通过合理设置该变形式回音壁微腔的尺寸实现变形式回音壁微腔中的模式与FP腔中基横模相耦合，使得可调谐耦合腔激光器激射的耦合模在FP腔内模式的基模占比很高(超过90％)，从而降低光在FP腔中的损耗，同时使耦合腔激射模式更稳定、输出功率更高；同时，该变形式回音壁微腔的等效反射率谱对腔中的增益变化不敏感，激射模式不容易跳变到相邻纵模，使得可调谐耦合腔激光器可获得大的波长调谐范围，不需要使用光栅进行选模，制作工艺简单，成本低、成品率和可靠性高、易于集成，在高速光纤通信系统具有良好的应用前景。
需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本公开的保护范围。
并且，为实现图面整洁的目的，一些习知惯用的结构与组件在附图可能会以简单示意的方式绘示之。另外，本案的附图中部分的特征可能会略为放大或改变其比例或尺寸，以达到便于理解与观看本公开的技术特征的目的，但这并非用于限定本公开。依照本公开所公开的内容所制造的产品的实际尺寸与规格应是可依据生产时的需求、产品本身的特性、及搭配本公开的内容据以调整，于此进行声明。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可调谐耦合腔半导体激光器，其特征在于，包括：
FP腔(2)；
变形式回音壁微腔(1)，与所述FP腔(2)的第一端相连接，作为所述FP腔(2)的一个反射端面，该变形式回音壁微腔(1)与FP腔(2)形成一耦合腔结构；以及
电隔离槽(3)，设置于所述FP腔(2)与变形式回音壁微腔(1)之间；
其中，光从FP腔(2)的第二端入射后进入变形式回音壁微腔(1)中，在变形式回音壁微腔(1)内经过若干反射后特定波长的光反射回FP腔(2)中；
其中，所述变形式回音壁微腔(1)的形状是通过将正方形的顶角沿对角线向外拉伸特定距离形成的特定尺寸的变形图形，所述变形式回音壁微腔(1)沿着变形方向的对角线与FP腔(2)沿腔长方向的对称轴在同一条直线上；所述变形式回音壁微腔(1)的尺寸设置使得耦合腔结构中的变形式回音壁微腔(1)与FP腔(2)中的基横模相耦合。
2.根据权利要求1所述的可调谐耦合腔半导体激光器，其特征在于，所述变形式回音壁微腔(1)对不同的波长的光具有不同的反射率，在特定波长处具有反射率峰值，峰值之间的间距为特定尺寸下变形式回音壁微腔(1)两倍的纵模间隔。
3.根据权利要求1所述的可调谐耦合腔半导体激光器，其特征在于，所述变形式回音壁微腔(1)的尺寸设置使得耦合腔结构中的变形式回音壁微腔(1)和FP腔(2)同时只有一个谐振频率在增益谱内重合，所述变形式回音壁微腔(1)和FP腔(2)均通过施加不同的电流或电压来改变各自的有效折射率，从而实现激射波长的调谐。
4.根据权利要求3所述的可调谐耦合腔半导体激光器，其特征在于，通过在所述变形式回音壁微腔(1)上施加不同的电流或电压来使所述变形式回音壁微腔(1)的模式与不同的FP腔(2)模式进行耦合，实现激射波长的粗调；通过调节在所述FP腔(2)上施加的电流或电压实现激射波长的微调，粗调与微调协同从而实现激射波长的连续调谐。
5.根据权利要求1所述的可调谐耦合腔半导体激光器，其特征在于，所述变形式回音壁微腔(1)的尺寸设置方法为：通过结构仿真寻找使所述变形式回音壁微腔(1)的等效反射率在一定波长范围内只有一个高反射率峰值的尺寸。
6.根据权利要求1所述的可调谐耦合腔半导体激光器，其特征在于，所述FP腔(2)为条状结构。
7.根据权利要求1所述的可调谐耦合腔半导体激光器，其特征在于，所述FP腔(2)的第二端的端面为解理面或者端面镀膜结构。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的可调谐耦合腔半导体激光器，其特征在于，所述变形式回音壁微腔(1)能通过改变注入电流、温度、或者改变载流子浓度的方式来调控该变形式回音壁微腔(1)的等效折射率。
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