CN111755946A - 有源腔与无源腔交替结构的dfb激光器 - Google Patents

有源腔与无源腔交替结构的dfb激光器 Download PDF

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陈伟
班德超
祝宁华
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Abstract

本公开提供一种有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，包括：衬底层；下限制层，位于衬底层上；下波导层，位于下限制层上；有源层，位于下波导层上；上波导层，位于有源层上；上限制层，位于上波导层上，其内设置有光栅结构；沿上限制层设置有一纵向脊波导；欧姆接触层，覆于脊波导上表面共同构成脊条结构；绝缘层，位于上限制层表面及脊条结构侧壁；以及P面电极，成梳齿状纵向间隔覆于脊条结构的上表面并覆满脊条结构侧壁后沿绝缘层延伸出一外部接入电极；其中，有源层中对应脊条结构有覆盖P面电极的部分形成多个有源腔，有源层中对应脊条结构未覆盖P面电极的部分形成多个无源腔，从而使得激光器沿纵向方向上形成有源腔与无源腔的交替结构。

Description

有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器
技术领域
本公开涉及半导体激光器技术领域，尤其涉及一种有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器。
背景技术
近年来，在通信行业蓬勃发展的推动下，半导体激光器技术飞速发展，其中，DFB激光器由于单模特性优良，制作工艺完善，成为应用的主流激光器。为了满足人们对于通信数据需求的不断增大，如何提高DFB激光器通信速率就成为了一个紧急且长期性的问题。
典型的提高DFB激光器通信速率的方法有改进有源层组分，提高微分光增益系数(Tadokoro T，Yamanaka T，Kano F，et al.Operation of a 25-Gbps direct modulationridge waveguide MQW-DFB laser up to 85℃[C]//Optical Fiber CommunicationConference.Optical Society of America，2009：OThT3.)。缩短有源区腔长，降低光子寿命同样可以提高DFB激光器的通信速率(K.Nakahara，T.Tsuchiya，T.Kitatani，et al.40-Gb/s direct modulation with high extinction ratio operation of 1.3-μ mInGaAlAs multiquantum well ridge waveguide distributed feedback lasers[J].IEEE Photonics Technology Letters，2007，19(19)：1436-1438.)。但通过缩短有源区腔长来降低光子寿命是很难持续向下推进的，因为这种制作方法及其依赖于解理精度，光子浓度增加和器件温度上升也会对器件正常工作产生挑战。另外一种提高DFB激光器通信速率的办法是啁啾管理技术(Yu J，Jia Z，Huang M F，et al.Applications of 40-Gb/schirp-managed laser in access and metro networks[J].Journal of LightwaveTechnology，2009，27(3)：253-265)。这种方法需要额外配置一个精确度较高的光学滤波器。还有一种方法是设置光学反馈腔，通过光反馈带来的光光共振来补偿DFB激光器在高频处的电光响应(Troppenz U，Kreissl J，
Figure BDA0002562455120000011
M，et al.40Gbit/s directly modulatedlasers：Physics and application[C]//Novel In-Plane Semiconductor LasersX.International Society for Optics and Photonics，2011，7953：79530F.)。现在基于光光共振效应的DFB激光器大多都需要对有源层和光栅层进行二次外延，对制备工艺要求较高。
公开内容
(一)要解决的技术问题
基于上述问题，本公开提供了一种有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，以缓解现有技术中基于光光共振效应的DFB激光器大多都需要对有源层和光栅层进行二次外延，对制备工艺要求较高等技术问题。
(二)技术方案
本公开提供一种有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，包括：衬底层；下限制层，位于衬底层上；下波导层，位于下限制层上；有源层，位于下波导层上；上波导层，位于有源层上；上限制层，位于上波导层上，其内设置有光栅结构；沿上限制层设置有一纵向脊波导；欧姆接触层，覆于脊波导上表面共同构成脊条结构；绝缘层，位于上限制层表面及脊条结构侧壁；以及P面电极，成梳齿状纵向间隔覆于脊条结构的上表面并覆满脊条结构侧壁后沿绝缘层延伸出一外部接入电极；其中，有源层中对应脊条结构有覆盖P面电极的部分形成多个有源腔，有源层中对应脊条结构未覆盖P面电极的部分形成多个无源腔，从而使得激光器沿纵向方向上形成有源腔与无源腔的交替结构。
在本公开实施例中，整个激光器采取相同的有源层和光栅结构。
在本公开实施例中，有源腔的数量≥2。
在本公开实施例中，无源腔的数量≥2。
在本公开实施例中，有源腔的长度大于无源腔的长度。
在本公开实施例中，多个有源腔的长度相同。
在本公开实施例中，多个有源腔的长度不相同。
在本公开实施例中，多个无源腔的长度相同。
在本公开实施例中，多个无源腔的长度不相同。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)制备工艺成熟，成本降低；
(2)提高了DFB激光器通信速率。
附图说明
图1为本公开实施例有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器的立体结构示意图。
图2为本公开实施例有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器的纵向剖面结构示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1-衬底层，2-下限制层，3-下波导层，4-有源层，5-上波导层，
6-光栅结构，7-上限制层，8-绝缘层，9-欧姆接触层，10-P面电极，
11-有源腔，12-无源腔。
具体实施方式
本公开提供了一种有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，利用现在成熟的制备工艺，采取相同的有源层和光栅层，通过设计P面梳齿状电极的尺寸，来调整有源腔与无源腔的长度和数量，实现有源腔与无源腔的交替结构，并以此结构来实现提高DFB激光器通信速率的目的。
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。
在本公开实施例中，提供一种有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，结合图1和图2所示，所述有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，包括：
衬底层1；
下限制层2，位于衬底层上；
下波导层，位于下限制层上；
有源层，位于下波导层上；
上波导层，位于有源层上；
上限制层7位于上波导层上，其内设置有光栅结构6；沿上限制层设置有一纵向脊波导；
欧姆接触层9，覆于脊波导上表面共同构成脊条结构；
绝缘层8，位于上限制层表面及脊条结构侧壁；
P面电极10，成梳齿状纵向间隔覆于脊条结构的上表面并覆满脊条结构侧壁后沿绝缘层延伸出一外部接入电极；
其中，有源层中对应脊条结构有覆盖P面电极的部分形成多个有源腔11，有源层中对应脊条结构未覆盖P面电极的部分形成多个无源腔12，从而使得激光器沿纵向方向上形成有源腔与无源腔的交替结构。
在脊条结构上有P面电极覆盖的区域，对应的有源层可以产生光增益，成为有源腔；没有P面电极覆盖的区域，对应的有源层没有光学增益，成为无源腔。
整个激光器采取相同的有源层和光栅结构，大大减轻了激光器的制备难度。
在本公开实施例中，有源腔的数量≥2；无源腔的数量≥2。如图2所示，有源腔和无源腔的数量均为8个。但此激光器不局限于采用8个有源腔与8个无源腔，可以采用两个或两个以上的有源腔与两个或两个以上的无源腔来组成有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器。
有源腔与无源腔的长度不固定，一个激光器下，多个有源腔的长度可以相同，也可以不同；多个无源腔的长度可以相同，也可以不同。图2中展示的8个有源腔的长度是相同的，但此激光器不局限于采用相同长度的有源腔，还可以采用不同长度的有源腔。
在本公开实施例中，有源腔的长度大于无源腔的长度。
在本公开实施例中，通过一圆盘电极作为外部接入电极。但此激光器不局限于采用圆盘电极作为外部接入，还可以采用方形电极和其他各种形状的电极作为外部接入。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供了一种有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，整个激光器具有相同的有源层和光栅结构，采用覆盖电极控制光增益的办法来制造有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，即在激光器脊条的一部分区域覆盖电极，此区域下具有电流注入，产生光学增益，成为有源腔，在脊条其他部分不覆盖电极，没有光学增益，成为无源腔。使用这样一种梳齿状的电极，可以在很方便的在激光器纵向上产生有源腔与无源腔的交替结构，并且通过更改脊条上梳齿状电极的宽度与电极间隔来控制有源腔与无源腔的长度和数量。所述激光器利用无源腔减小光子寿命提高直调激光器的弛豫震荡频率的同时，利用光-光共振效应来拓展激光器的直调带宽。
还需要说明的是，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，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
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 (9)

1.一种有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，包括：
衬底层；
下限制层，位于衬底层上；
下波导层，位于下限制层上；
有源层，位于下波导层上；
上波导层，位于有源层上；
上限制层，位于上波导层上，其内设置有光栅结构；沿上限制层设置有一纵向脊波导；
欧姆接触层，覆于脊波导上表面共同构成脊条结构；
绝缘层，位于上限制层表面及脊条结构侧壁；以及
P面电极，成梳齿状纵向间隔覆于脊条结构的上表面并覆满脊条结构侧壁后沿绝缘层延伸出一外部接入电极；
其中，有源层中对应脊条结构有覆盖P面电极的部分形成多个有源腔，有源层中对应脊条结构未覆盖P面电极的部分形成多个无源腔，从而使得激光器沿纵向方向上形成有源腔与无源腔的交替结构。
2.根据权利要求1所述的有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，整个激光器采取相同的有源层和光栅结构。
3.根据权利要求1所述的有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，有源腔的数量≥2。
4.根据权利要求1所述的有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，无源腔的数量≥2。
5.根据权利要求1所述的有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，有源腔的长度大于无源腔的长度。
6.根据权利要求1所述的有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，多个有源腔的长度相同。
7.根据权利要求1所述的有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，多个有源腔的长度不相同。
8.根据权利要求1所述的有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，多个无源腔的长度相同。
9.根据权利要求1所述的有源腔与无源腔交替结构的DFB激光器，多个无源腔的长度不相同。
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