CN112038888B - 一种集成波导光栅调制器的半导体激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开本发明提供一种集成外波导光栅调制器的半导体激光器，解决高速大功率半导体激光器在改变有源区注入电流进行振幅调制时响应速度慢的问题。所述集成外波导光栅调制器的半导体激光器，光栅层由激光区波导和调制区波导串联组成；所述激光区波导为支持TE0模光输出的单模波导，其上制作有普通布拉格光栅，所述普通布拉格光栅中包含π相移结构；所述调制区波导为支持TE0和TE1模光传输的双横向模式波导，其上制作有反对称布拉格光栅，所述反对称布拉格光栅中包含有π相移结构。本发明实现了高功率高速响应的半导体激光器。

Description

一种集成波导光栅调制器的半导体激光器
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及一种集成波导光栅调制器的半导体激光器。
背景技术
光通信网络是当前通讯系统的底层物理基础，其中分布反馈(DFB)半导体激光器占有重要地位，与其它种类激光器相比，半导体激光器最大的一个特点就是可以被直接调制，而随着社会对光通信网络需求的急剧增长，半导体激光器的输出也向着更大功率以及更高频率发展。现有的对大功率高速的半导体激光器进行振幅调制的方法，大多参照小功率、低频输出的半导体激光器的调制方法，直接对注入电流进行调制，大功率半导体激光器的输出响应相比调制信号会有很大的延迟。
发明内容
本发明提供一种集成波导光栅调制器的半导体激光器，解决高速大功率半导体激光器在改变有源区注入电流进行振幅调制时响应速度慢的问题。
为解决上述问题，本发明是这样实现的：
本发明实施例提供一种半导体激光器，光栅层由激光区波导和调制区波导串联组成；所述激光区波导为支持TE0模光输出的单模波导，其上制作有普通布拉格光栅，所述普通布拉格光栅中包含π相移结构；所述调制区波导为支持TE0和TE1模光传输的双横向模式波导，其上制作有反对称布拉格光栅，所述反对称布拉格光栅中包含有π相移结构。
优选地，所述激光区波导和调制区波导通过梯形波导结构连接。
优选地，所述激光区波导中TE0模光和TE0模光耦合的布拉格波长与所述调制区波导中TE0模光和TE1模光耦合的布拉格波长相等。
优选地，所述激光区波导的数量大于1，且每个激光区波导的波长不同。
进一步地，所述激光区波导选用热调谐方法使得所述集成波导光栅调制器的半导体激光器输出的中心波长对准所述调制区波导反对称布拉格光栅的光谱。
进一步地，所述普通布拉格光栅的π相移结构的实现方式为：在普通布拉格光栅中加入π相移或采用平面波导摩尔光栅；所述反对称布拉格光栅的π相移结构的实现方式为：在反对称布拉格光栅中加入π相移或采用平面波导摩尔光栅。
进一步地，所述普通布拉格光栅和反对称布拉格光栅均采用取样光栅实现等效π相移：在普通取样布拉格光栅的取样结构中加入π相移或采用平面波导取样摩尔光栅；在反对称取样布拉格光栅的取样结构中加入π相移或采用平面波导取样摩尔光栅。
进一步地，所述激光区波导的普通布拉格光栅和所述调制区波导的反对称布拉格光栅均进行切趾使光栅耦合系数沿波导腔长方向变化。
优选地，所述普通布拉格光栅和反对称布拉格光栅的切趾方法为以下至少一种：改变光栅占空比，根据切趾函数使光栅占空比沿波导方向变化；改变光栅宽度，根据切趾函数使光栅宽度沿波导方向变化；使用两列光栅，使两列光栅的相位差沿波导方向变化。
优选地，所述普通布拉格光栅、反对称布拉格光栅均采用取样光栅实现等效切趾：若采用在普通布拉格光栅和或反对称布拉格光栅中加入π相移，则实现等效切趾的方法为，改变所述取样光栅的取样结构占空比、使取样结构的占空比沿波导方向变化或改变所述取样光栅的光栅宽度，使光栅宽度沿波导方向变化；若采用平面波导摩尔光栅，则实现等效切趾的方法为，使用两列取样光栅，使两列取样光栅的取样结构的相位差沿波导方向变化。
本发明有益效果包括：第一，本发明解决了对半导体激光器的注入电流进行调制时产生的电光延迟问题，电流注入无源区改变反对称光栅的有效折射率后，反射的一阶模式光对有源区的基模光增益很快产生影响，同时很快改变无源区反对称光栅对基模光的透射功率，明显降低了半导体激光器电光延迟时间；同时，本发明半导体激光器在直接调制中不会产生驰豫振荡的问题，提高了激光器的高速调制特性；另外，本发明显著提高了激光器的振幅调制深度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1(a)为一种集成外波导光栅调制器的半导体激光器实施例的垂直激光发射方向截面；
图1(b)为一种集成外波导光栅调制器的半导体激光器实施例的平行激光发射发现截面；
图2为一种集成外波导光栅调制器的半导体激光器光栅层的光栅结构实施例；
图3为一种包含波导和电极的集成外波导光栅调制器的半导体激光器光栅层实施例；
图4为一种集成外波导光栅调制器的半导体激光器制作方法流程实施例。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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。
要对大功率高速的半导体激光器进行振幅调制，如果参照小功率、低频输出的半导体激光器的调制方法，直接对注入电流进行调制，大功率半导体激光器的输出响应相比调制信号会有很大的延迟，原因如下：首先，半导体激光器中存在着电光延迟效应，在泵浦电流注入激光器后，并不会立即有光产生，而是等到激光器内的载流子浓度超过透明载流子浓度时，激光器才会开始发光，这一过程所需的时间被称为电光延迟时间。其次，半导体激光器还有驰豫振荡的性质。例如随着光子数量逐渐增加，载流子浓度逐渐下降，但是只要还大于透明载流子浓度，激光器内的光子数量就会继续增加，直至载流子浓度低于透明载流子浓度使得光子数量减少；同理光子数量减少时，载流子浓度会上升，而且只要小于透明载流子浓度，激光器内的光子数量就会继续减少，可见激光器中的光子数量的变化相对于载流子浓度的变化总会有延迟。这种振荡过程只有随着时间的推移才会慢慢地变得平缓，使得激光器内的载流子和光子浓度逐渐趋于稳定状态。半导体激光器的驰豫振荡的性质严重影响了其在高频段的调制特性，如果调制频率大于半导体激光器驰豫振荡的频率，激光器将无法进行响应，输出光信号永远处于振荡的状态。很明显半导体激光器的驰豫振荡频率决定了其所能接受直接调制的最高频率。最后，直接调制的半导体激光器内部还存在频率啁啾的问题，激光器有源区内部的载流子浓度如果一直处于持续变化的状态，会使得有源区内部的光栅有效折射率也随之不断变化，进而影响到激光器输出频率的稳定性。以上三个问题限制了大功率半导体激光器的高频调制特性，如果要解决这些问题，需要对激光器的结构做出一定的改进。
本发明创新点如下：第一，本发明创新性地提出了一种有源光栅层与无源光栅层串联的结构，使得电流注入无源光栅层后改变反对称光栅的有效折射率，反射的TE1模光进入有源光栅层后与TE0模光形成竞争关系，减小TE0模光在有源光栅层的输出功率；第二，通过改变无源光栅层的注入电流，影响其TE0模光和TE1模光电的透射率，实现对激光器输出功率的振幅调制，明显降低半导体激光器的电光延时时间；第三，对反对称光栅反射镜的有效折射率进行调制可以改变输出光振幅，但输出光的变化不会影响到无源区的载流子浓度，使得本发明大功率高速半导体激光器在直接调制中不会产生驰豫振荡的问题，提高了激光器的高速调制特性；第四，同时从透射光功率和反射一阶模式降低基模光增益两个方面来改变基模光的输出功率，由此显著提高了激光器的振幅调制深度。
以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
图1(a)为一种集成外波导光栅调制器的半导体激光器实施例的垂直激光发射方向截面，图1(b)为一种集成外波导光栅调制器的半导体激光器实施例的平行激光发射发现截面，本发明实施例提供一种集成外波导光栅调制器的半导体激光器，具体地，包含：衬底1、掺杂缓变层2、下分别限制层3、多量子阱4、上分别限制层5、光栅层6、腐蚀阻挡层7、脊波导8、电极9，所述光栅层，包含：激光区波导61、调制区波导62。
所述光栅层由激光区波导和调制区波导串联组成；所述激光区波导为支持TE0模光输出的单模波导，其上制作有普通布拉格光栅，所述普通布拉格光栅中包含π相移结构；所述调制区波导为支持TE0和TE1模光传输的双横向模式波导，其上制作有反对称布拉格光栅，所述反对称布拉格光栅中包含有π相移结构。
在本发明实施例中，所述激光区波导和调制区波导通过梯形波导结构连接。
需要说明的是，本发明中所述激光区波导与所述调制区波导串联的结构形式，相当于将DFB(分布式反馈)半导体激光器和反对称光栅调制器串联。
在本发明实施例中，所述激光区波导的波导宽度需要保证激光区波导的单模特性，同时应制作得尽可能的宽，以减小一阶模式光在激光区波导内的损耗速度；调制区波导的多模波导应确保其可支持基模(TE0模光)和一阶模式光(TE1模光)传播。
优选地，所述激光区波导的π相移结构的实现方式为：在普通布拉格光栅中加入π相移或采用平面波导摩尔光栅；所述激光区波导的π相移结构的实现方式为：在反对称布拉格光栅中加入π相移或采用平面波导摩尔光栅。
需要说明的是，本发明π相移结构为普通布拉格光栅或反对称布拉格光栅中的包含的结构形式，可通过插入π相移实现，也可通过平面摩尔光栅实现，也可通过其他方式实现，这里不做特别限定。
进一步地，所述激光区波导的普通布拉格光栅和所述调制区波导的反对称布拉格光栅均可进行切趾，即光栅耦合系数沿波导腔上方向变化。
进一步地，所述普通布拉格光栅、反对称布拉格光栅均可采用取样光栅实现等效切趾。
需要说明的是，切趾或等效切趾的具体可实现方式，在本发明第2实施例中详细介绍。
在本发明实施例中，所述激光区波导选用热调谐方法使得本发明半导体激光器输出的中心波长对准所述调制区波导的反对称布拉格光栅的光谱。
具体地，所述集成外波导光栅调制器的半导体激光器，考虑到激光器输出的中心波长与反对称布拉格光栅的光谱对准问题，为半导体激光器的激光区波导增加调谐方法，本发明选用热调谐作为调谐方法。热调谐方法可采用的形式：(1)在半导体激光器有源区的底座上加装热电制冷器TEC(含有温度敏感材料，一般采用帕尔贴效应，又称热-电效应)，通过TEC控制半导体激光器的工作温度，从而可以控制半导体激光器的工作波长，一般情况下温度每升高1摄氏度，半导体激光器工作波长提高0.1nm；(2)在控制半导体激光器有源区注入电流的电极表面上镀接触热电阻，则改变注入电流的同时会改变半导体激光器的工作温度，从而可以调节半导体激光器的工作波长。
在本发明实施例中，所述激光区波导的波导端面镀抗反射膜或高反射膜，抗反射膜的端面反射率为10-5～10％，高反射膜的端面反射率为95％～99.99％；所述调制区波导的出光口端面采用抗反射膜，抗反射膜的端面反射率为10-5～10％。
例如，激光区波导的波导端面可采用抗反射膜，反射率大于等于10-5且小于等于10％，从而消除端面随机相位对半导体激光器波长和单模特性的影响，增加单模成品率和波长控制能力；再例如，激光区波导的的波导端面可采用高反射膜，反射率大于等于95％且小于等于99.99％，以增加半导体激光器的输出光功率，但需要调整普通布拉格光栅的π相移结构位置以抵消高反射膜带来的相位影响。另外，所述调制区波导的出光口端面采用抗反射膜，抗反射膜的端面反射率为大于等于10-5且小于等于10％。
在本发明实施例中，所述激光区波导和调制区波导上均设有电极，激光区波导的电极与调制区波导的电极之间设有电隔离区，以便分别控制激光区波导和调制区波导的注入电流。
在本发明实施例中，所述集成外波导光栅调制器的半导体激光器，无源区的无源化处理方法可以为对接生长、选择区域外延、量子阱偏移和量子阱混杂技术等，其中最适合采用的是选择区域外延和量子阱混杂方法。
选择区域外延是指利用掩膜实现选择性生长，在外延生长前为整个片子覆盖一层掩膜，而掩膜结构中的开孔尺寸则会影响外延材料的组分以及厚度；通过调整掩膜的形状，就可以在同一个片子上生长不同能带宽度的材料。
量子阱混杂是指在量子阱材料表层形成大量的点缺陷，并通过外界激励促使点缺陷向量子阱移动，从而改变量子阱的材料组分和能带结构。量子阱混杂的优势在于对波导结构影响很小的情况下可以灵活控制外延片的量子阱能带宽度。
在本发明实施例中，所述集成外波导光栅调制器的半导体激光器为大功率激光器，输出功率不小于100mW。
本发明实施例提供一种单片集成外调制器的高速大功率半导体激光器，在半导体激光器的激光区波导的单模波导上，制作含π相移结构的普通布拉格光栅；在调制区波导的多模波导上，制作含π相移结构的反对称布拉格光栅。通过对调制区波导注入电流的调制，可以改变反对称布拉格光栅的一阶模式光的反射率与基模光的透射率，一阶模式光注入激光区波导的普通布拉格光栅后会与基模光形成竞争以降低基模光增益，同时可以改变激光区波导的普通布拉格光栅对基模光的透射功率。由此可以通过改变调制区波导的注入电流来调制基模光输出功率，解决了高速大功率的半导体激光器在改变有源区注入电流进行振幅调制时响应速度慢的问题；另外，可以同时改变注入有源区的一阶模式光功率和无源区透射的基模光功率，进而实现对半导体激光器基模光输出功率的振幅调制。
本发明实施例提供一种新型的光栅反射镜调制器结构，来提升分布反馈(DFB)半导体激光器在大功率和高频率输出条件下，对高频调制注入电流的响应性能。其技术基础是在分布反馈(DFB)半导体激光器光栅层的含π相移结构的布拉格光栅的一端，加装无源的含π相移结构的反对称布拉格光栅反射镜调制器，这个结构可以突破原来大功率高速半导体激光器对直接振幅调制的响应极限。
本发明中半导体激光器一般应用III-V族化合物半导体材料(如GaAlAs/GaAs，InGaAs/InGaP，GaAsP/InGaP，InGaAsP/InP，InGaAsP/GaAsP，AlGaInAs等)，同时也可应用于II-VI族化合物半导体材料、IV族半导体材料及各种三元化合物、四元化合物半导体材料。
图2为一种集成外波导光栅调制器的半导体激光器光栅层的光栅结构实施例，为本发明半导体激光器的光栅层，所述光栅层，包含：激光区波导、调制区波导，所述激光区波导为单模波导，其上有包含π相移结构65的普通布拉格光栅63，所述调制区波导为多模波导，其上有包含π相移结构65的反对称布拉格光栅64。
在本发明实施例中，所述激光区波导的π相移结构的实现方式为：在普通布拉格光栅中加入π相移或采用平面波导摩尔光栅；所述调制区波导的π相移结构的实现方式为：在反对称布拉格光栅中加入π相移或采用平面波导摩尔光栅。
需要说明的是，所述普通布拉格光栅和反对称布拉格光栅的π相移结构的实现方式可以相同或不同。
在本发明实施例中，所述普通布拉格光栅、反对称布拉格光栅均采用取样光栅实现等效π相移：在普通取样布拉格光栅的取样结构中加入π相移或采用平面波导取样摩尔光栅；在反对称取样布拉格光栅的取样结构中加入π相移或采用平面波导取样摩尔光栅。
需要说明的是，所述普通布拉格光栅、反对称布拉格光栅采用取样光栅实现等效π相移的方式可以相同或不同。
在本发明实施例中，所述激光区波导的普通布拉格光栅和所述调制区波导的反对称布拉格光栅均可进行切趾，即光栅耦合系数沿波导腔上方向变化。
具体地，所述激光区波导的普通布拉格光栅通过切趾实现，光栅耦合系数沿波导腔上方向变化，切趾方法如下：
若所述激光区波导的普通布拉格光栅的π相移结构的实现方式为在普通布拉格光栅中加入π相移，则改变普通布拉格光栅的光栅占空比，根据切趾函数使光栅占空比沿波导方向变化，和或，改变普通布拉格光栅的光栅宽度，根据切趾函数使光栅宽度沿波导方向变化。
若所述激光区波导的普通布拉格光栅的π相移结构的实现方式为采用平面波导摩尔光栅，则使两列光栅的相位差沿波导方向变化。
具体地，所述调制区波导的反对称布拉格光栅通过切趾实现，光栅耦合系数沿波导腔上方向变化，切趾方法如下：
若调制区波导的反对称布拉格光栅的π相移结构的实现方式为在反对称布拉格光栅中加入π相移，则改变反对称布拉格光栅的光栅占空比，根据切趾函数使光栅占空比沿波导方向变化，和或，改变反对称布拉格光栅的光栅宽度，根据切趾函数使光栅宽度沿波导方向变化。
若调制区波导的反对称布拉格光栅的π相移结构的实现方式为采用平面波导摩尔光栅，则使两列光栅的相位差沿波导方向变化。
在本发明实施例中，所述普通布拉格光栅、反对称布拉格光栅均可采用取样光栅实现等效切趾，即采用取样光栅等效实现切趾。
具体地，所述普通布拉格光栅可采用取样光栅实现等效切趾，若所述激光区波导采用在普通布拉格光栅中加入π相移，则实现等效切趾的方法为，改变普通取样布拉格光栅的取样结构占空比、使取样结构的占空比沿波导方向变化和或改变普通取样布拉格光栅的光栅宽度，使光栅宽度沿波导方向变化；若激光区波导采用平面波导摩尔光栅，则实现等效切趾的方法为，使用两列取样光栅，使两列普通取样布拉格光栅的取样结构的相位差沿波导方向变化。
所述反对称布拉格光栅可采用取样光栅实现等效切趾，若调制区波导采用在反对称布拉格光栅中加入π相移，则实现等效切趾的方法为，改变反对称取样布拉格光栅的取样结构占空比、使取样结构的占空比沿波导方向变化和或改变反对称取样布拉格光栅的光栅宽度，使光栅宽度沿波导方向变化；若调制区波导采用平面波导摩尔光栅，则实现等效切趾的方法为，使用两列取样光栅，使两列反对称取样布拉格光栅的取样结构的相位差沿波导方向变化。
在本发明实施例中，光栅层的光栅是由含π相移结构的普通布拉格光栅和含π相移结构的反对称光栅组成，光栅结构如图2所示，该结构实质上是由有源区的DFB激光器和无源区的含π相移结构的反对称光栅反射镜构成，通过控制无源区光栅(反对称布拉格光栅)的注入电流，改变反射回有源区的一阶模式光强度和透射出无源区的基模光强度，进而调制DFB激光器基模光的输出功率。
在本发明实施例中，有源区的含π相移结构的普通布拉格光栅可以采用切趾的方法抑制透射谱和反射谱中的旁瓣，从而提高其反射主峰与其它旁瓣的抑制比。
在本发明实施例中，在无源区的反对称布拉格光栅中插入π相移，并使含π相移反对称光栅TE0和TE1模式耦合的布拉格波长与含π相移普通布拉格光栅的TE0和TE0模式耦合的布拉格波长是在设计上相等的，从而提高无源区光栅调制器(调制区波导)的调制效果。
本发明实施例提供了半导体激光器光栅层的结构，半导体激光器内的载流子和光子浓度互相影响产生驰豫振荡不同，对反对称光栅反射镜的有效折射率进行调制可以改变输出光振幅，但输出光的变化不会影响到无源区的载流子浓度，因此大功率高速半导体激光器在直接调制中不会产生驰豫振荡的问题，提高了激光器的高速调制特性。
图3为一种包含波导和电极的集成外波导光栅调制器的半导体激光器光栅层实施例，可用于本发明半导体激光器的光栅层，所述光栅层，包含：激光区波导、调制区波导，所述激光区波导为单模波导，所述调制区波导为多模波导，所述激光区波导和调制区波导上均设有电极66。
在本发明实施例中，所述激光区波导和调制区波导通过梯形波导结构连接。
在本发明实施例中，所述激光区波导为支持TE0模光输出的单模波导，所述调制区波导为支持TE0和TE1模光传输的双横向模式波导。
在本发明实施例中，单模波导上设有电极，多模波导上设有电极，相邻两个光栅区域之间通过刻蚀掉欧姆接触层InGaAsP以及脊波导InP再覆盖100nm到300nm范围内的SiO2绝缘材料的方式(隔离区宽度在5μm到80μm范围内)，或者通过刻蚀掉欧姆接触层InGaAsP，进行离子注入，再覆盖100nm到300nm范围内的SiO2绝缘材料的方式(隔离区宽度在2μm到15μm范围内)的方式来实现电隔离。
图4为一种集成外波导光栅调制器的半导体激光器制作方法流程实施例，可用于制作本发明实施例的半导体激光器，一种半导体激光器制作方法，具体包含以下步骤：
步骤101，在InP基片上进行一次外延生长，主要包括有源区和光栅层的生长。
步骤102，在有源区生长完成后对无源区部分进行量子阱混杂处理，以实现该区域的无源化。
在步骤102中，所述半导体激光器，其无源区的无源化处理方法可以为对接生长、选择区域外延、量子阱偏移和量子阱混杂技术等，其中最适合采用的是选择区域外延和量子阱混杂方法。选择区域外延是指利用掩膜实现选择性生长。在外延生长前为整个片子覆盖一层掩膜，而掩膜结构中的开孔尺寸则会影响外延材料的组分以及厚度。通过调整掩膜的形状，就可以在同一个片子上生长不同能带宽度的材料。量子阱混杂是指在量子阱材料表层形成大量的点缺陷，并通过外界激励促使点缺陷向量子阱移动，从而改变量子阱的材料组分和能带结构。量子阱混杂的优势在于对波导结构影响很小的情况下可以灵活控制外延片的量子阱能带宽度。
步骤103，基于全息曝光和接触曝光的光刻方法在一次外延片上进行波导布拉格光栅的制作。
在步骤103中，制作普通布拉格光栅和反对称布拉格光栅，二种光栅的结构已详细介绍，这里不重复论述。
步骤104，在制作好光栅的基片上再次进行InP材料的生长，其为过渡的P型掺杂，并在表面制作用于与金属接触的接触层材料，以及用于InP材料与接触层材料进行晶格匹配过渡的过渡层材料。
步骤105，二次外延生长后基于接触式光刻制作宽度约2μm的脊波导图形并进行刻蚀得到脊波导结构。
步骤106，在制作好的脊波导上进行光刻，制作电隔离图形并进行刻蚀，将表面的高溶度掺杂的接触层刻蚀掉，一般刻蚀至波导高度大约一半的位置。
步骤107，脊波导表面生长绝缘层材料，一般为二氧化硅，用于对金属电极和器件之间进行隔离，并对器件表面其他位置进行保护免受氧化。
步骤108，基于接触式光刻和绝缘层刻蚀制作开窗工艺，形成指定区域器件与电极的电接触。
步骤109，基于接触式光刻和金属剥离工艺，通过金属溅射沉积制作正面电极图形。
步骤110，对样品背面进行研磨减薄并抛光，然后通过金属溅射沉积制作背面电极。
本发明实施例提供了一种半导体激光器制作方法，可用于制作本发明单片集成外调制器的高速大功率半导体激光器。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种集成波导光栅调制器的半导体激光器，其特征在于，光栅层由激光区波导和调制区波导串联组成；
所述激光区波导为支持TE0模光输出的单模波导，其上制作有普通布拉格光栅，所述普通布拉格光栅中包含π相移结构；
所述调制区波导为支持TE0和TE1模光传输的双横向模式波导，其上制作有反对称布拉格光栅，所述反对称布拉格光栅中包含有π相移结构；
所述激光区波导中TE0模光和TE0模光耦合的布拉格波长与所述调制区波导中TE0模光和TE1模光耦合的布拉格波长相等；
所述激光区波导选用热调谐方法使得所述集成波导光栅调制器的半导体激光器输出的中心波长对准所述调制区波导反对称布拉格光栅的光谱。
2.如权利要求1所述的集成波导光栅调制器的半导体激光器，其特征在于，所述激光区波导和调制区波导通过梯形波导结构连接。
3.如权利要求1所述的集成波导光栅调制器的半导体激光器，其特征在于，所述激光区波导的数量大于1，且每个激光区波导的波长不同。
4.如权利要求1所述的集成波导光栅调制器的半导体激光器，其特征在于，
所述普通布拉格光栅的π相移结构的实现方式为：在普通布拉格光栅中加入π相移或采用平面波导摩尔光栅；
所述反对称布拉格光栅的π相移结构的实现方式为：在反对称布拉格光栅中加入π相移或采用平面波导摩尔光栅。
5.如权利要求1所述的集成波导光栅调制器的半导体激光器，其特征在于，所述普通布拉格光栅和反对称布拉格光栅均采用取样光栅实现等效π相移：在普通取样布拉格光栅的取样结构中加入π相移或采用平面波导取样摩尔光栅；在反对称取样布拉格光栅的取样结构中加入π相移或采用平面波导取样摩尔光栅。
6.如权利要求1所述的集成波导光栅调制器的半导体激光器，其特征在于，所述激光区波导的普通布拉格光栅和所述调制区波导的反对称布拉格光栅均进行切趾使光栅耦合系数沿波导腔长方向变化。
7.如权利要求6所述的集成波导光栅调制器的半导体激光器，其特征在于，所述普通布拉格光栅和反对称布拉格光栅的切趾方法为以下至少一种：
改变光栅占空比，根据切趾函数使光栅占空比沿波导方向变化；
改变光栅宽度，根据切趾函数使光栅宽度沿波导方向变化；
使用两列光栅，使两列光栅的相位差沿波导方向变化。
8.如权利要求6所述的集成波导光栅调制器的半导体激光器，其特征在于，所述普通布拉格光栅和反对称布拉格光栅均采用取样光栅实现等效切趾：
若采用在普通布拉格光栅和或反对称布拉格光栅中加入π相移，则实现等效切趾的方法为，改变所述取样光栅的取样结构占空比，使取样结构的占空比沿波导方向变化或改变所述取样光栅的光栅宽度，使光栅宽度沿波导方向变化；
若采用平面波导摩尔光栅，则实现等效切趾的方法为，使用两列取样光栅，使两列取样光栅的取样结构的相位差沿波导方向变化。
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