CN112164981A - 一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法 - Google Patents

一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112164981A
CN112164981A CN202011005184.2A CN202011005184A CN112164981A CN 112164981 A CN112164981 A CN 112164981A CN 202011005184 A CN202011005184 A CN 202011005184A CN 112164981 A CN112164981 A CN 112164981A
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor laser
electrode
end electrode
modulation
small signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011005184.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112164981B (zh
Inventor
迟杰文
李洵
赵佳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hisense Broadband Multimedia Technology Co Ltd
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN202011005184.2A priority Critical patent/CN112164981B/zh
Publication of CN112164981A publication Critical patent/CN112164981A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112164981B publication Critical patent/CN112164981B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0427—Electrical excitation ; Circuits therefor for applying modulation to the laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法，所述半导体激光器从下而上依次包括：底部金属电极、衬底、有源区结构、光栅、顶部双金属电极，所述顶部双金属电极包括左端电极和右端电极，其特征在于，所述半导体激光器在使用时，左端电极和右端电极输入的调制信号是一对差分信号，且在左端电极和右端电极输入的调制信号之间引入延迟时间，延迟时间的取值范围为4.4‑8.7ps。本发明所公开的方法可以大大提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽，并且能够保证大信号调制眼图质量。

Description

一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，特别涉及一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法。
背景技术
随着宽带网络的飞速提升，以及数据中心和云计算对大容量的要求，都迫使人们提高半导体激光器的调制带宽，以满足更高速率的调制需求。为了尽量降低成本，在此类系统中一般都采用直调半导体激光器作为光源以省去外调制器所带来的额外复杂性及相应费用。然而，直调半导体激光器所固有的较低的弛豫振荡频率(10～15GHz)限制了其小信号强度调制响应带宽，从而限制了高速直调半导体激光器的动态性能。
直调半导体激光器中弛豫震荡频率由载流子和光子共振速度决定。较慢的载流子和光子共振速度决定了普通直调半导体激光器的调制带宽很难进一步提升。近几十年来，研究人员通过优化直调半导体激光器的材料和结构来提高半导体激光器的载流子和光子共振速度来提高半导体激光器的调制带宽，但是直到目前报道的最大调制带宽仍然较低，从而限制了高速直调半导体激光器的动态性能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法，以达到大大提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法，所述半导体激光器从下而上依次包括：底部金属电极、衬底、有源区结构、光栅、顶部双金属电极，所述顶部双金属电极包括左端电极和右端电极，所述半导体激光器在使用时，左端电极和右端电极输入的调制信号是一对差分信号，且在左端电极和右端电极输入的调制信号之间引入延迟时间，延迟时间的取值范围为4.4-8.7ps。
上述方案中，所述半导体激光器的腔长为550-900μm。
上述方案中，所述半导体激光器的归一化光栅耦合系数的取值范围为3.3-4.2。
上述方案中，所述左端电极的长度占半导体激光器腔长的比例为0.4。
上述方案中，所述半导体激光器的左端面镀有高反膜，右端面镀有抗反膜。
上述方案中，所述有源区结构包括上下折射率分别限制层和应变多量子阱。
通过上述技术方案，本发明提供的一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法通过优化激光器腔长L、归一化光栅耦合系数κL、左端电极所占比例RL和两个电极调制延迟时间τ，可以获得比较大且平滑的激光器小信号强度调制响应带宽。
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简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种半导体激光器结构示意图；
图2为实施例1提供的小信号强度调制响应带宽；
图3为实施例1提供的40Gbps的大信号调制眼图；
图4为实施例2提供的小信号强度调制响应带宽；
图5为实施例2提供的50Gbps的大信号调制眼图；
图6为实施例3提供的小信号强度调制响应带宽；
图7为实施例3提供的70Gbps的大信号调制眼图；
图8为普通直调激光器提供的小信号强度调制响应带宽；
图9为普通直调激光器提供的40Gbps的大信号调制眼图。
图中，1、底部金属电极；2、衬底；3、有源区结构；4、光栅；5、顶部双金属电极；51、左端电极；52、右端电极；6、抗反膜；7、高反膜。
具体实施方式
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、完整地描述。
本发明提供了一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法，本发明中的半导体激光器采用现有的推挽式的激光器结构，如图1所示，从下而上依次包括：底部金属电极1、衬底2、有源区结构3、光栅4、顶部双金属电极5，顶部双金属电极5包括左端电极和右端电极。有源区结构3包括上下折射率分别限制层和应变多量子阱。半导体激光器的左端面镀有高反膜7，右端面镀有抗反膜6。
有源区结构3起到提供光增益的作用，光栅4起到选取激射波长的作用。顶部双金属电极5输入的调制信号是一对差分信号。通过顶部双金属电极5使半导体激光器的总驱动电流保持不变，但是通过增加一个电极的电流，同时减小另一个电极的电流来实现调幅。调制振幅是由光功率在激光器中的纵向位移引起的。这样，激光器的调制响应除了有载流子-光子共振峰外，还有两个腔激发的光子-光子共振峰。
实施例一
半导体激光器在使用时，左端电极51和右端电极52输入的调制信号是一对差分信号，且在左端电极51和右端电极52输入的调制信号之间引入延迟时间，延迟时间的取值为8.7ps。
半导体激光器的腔长L为900μm。归一化光栅耦合系数为4。左端电极51的长度占半导体激光器腔长L的比例为0.4。
实施例二
半导体激光器在使用时，左端电极51和右端电极52输入的调制信号是一对差分信号，且在左端电极51和右端电极52输入的调制信号之间引入延迟时间，延迟时间的取值为7.4ps。
半导体激光器的腔长L为700μm。归一化光栅耦合系数为4.2。左端电极51的长度占半导体激光器腔长L的比例为0.4。
实施例三
半导体激光器在使用时，左端电极51和右端电极52输入的调制信号是一对差分信号，且在左端电极51和右端电极52输入的调制信号之间引入延迟时间，延迟时间的取值为4.4ps。
半导体激光器的腔长L为550μm。归一化光栅耦合系数为3.3。左端电极51的长度占半导体激光器腔长L的比例为0.4。
对比例：
采用现有的普通直调半导体激光器，为单金属电极，不存在延迟时间，半导体激光器的腔长L为200μm。归一化光栅耦合系数为2.5。
下面对上述三个实施例以及对比例进行仿真验证，仿真条件如表1所示。
表1三个实施例以及对比例的仿真条件
Figure BDA0002695636000000031
Figure BDA0002695636000000041
在上述仿真条件下得到的仿真结果，实施例1的小信号强度调制响应带宽如图2所示，小信号强度调制响应带宽为36GHz。在40Gbps的调制速率情况下，实施例1的大信号调制眼图如图3所示。
实施例2的小信号强度调制响应带宽如图4所示，小信号强度调制响应带宽为45GHz。在50Gbps的调制速率情况下，实施例2的大信号调制眼图如图5所示。
实施例3的小信号强度调制响应带宽如图6所示，小信号强度调制响应带宽为68GHz。在70Gbps的调制速率情况下，实施例3的大信号调制眼图如图7所示。
普通直调激光器的小信号强度调制响应带宽如图8所示，小信号强度调制响应带宽为26GHz。由于激光器的小信号强度调制响应带宽决定大信号调制特性，所以普通直调激光器在40Gbps的调制速率下，大信号调制眼图的质量已经非常差了，如图9所示。
从上述附图中可以看出，本发明三个实施例的小信号强度调制响应带宽明显高于普通直调激光器的小信号强度调制响应带宽，大信号调制眼图的质量也高于普通直调激光器。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法，所述半导体激光器从下而上依次包括：底部金属电极、衬底、有源区结构、光栅、顶部双金属电极，所述顶部双金属电极包括左端电极和右端电极，其特征在于，所述半导体激光器在使用时，左端电极和右端电极输入的调制信号是一对差分信号，且在左端电极和右端电极输入的调制信号之间引入延迟时间，延迟时间的取值范围为4.4-8.7ps。
2.根据权利要求1所述的一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法，其特征在于，所述半导体激光器的腔长为550-900μm。
3.根据权利要求1所述的一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法，其特征在于，所述半导体激光器的归一化光栅耦合系数的取值范围为3.3-4.2。
4.根据权利要求1或2所述的一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法，其特征在于，所述左端电极的长度占半导体激光器腔长的比例为0.4。
5.根据权利要求1所述的一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法，其特征在于，所述半导体激光器的左端面镀有高反膜，右端面镀有抗反膜。
6.根据权利要求1所述的一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法，其特征在于，所述有源区结构包括上下折射率分别限制层和应变多量子阱。
CN202011005184.2A 2020-09-23 2020-09-23 一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法 Active CN112164981B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011005184.2A CN112164981B (zh) 2020-09-23 2020-09-23 一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011005184.2A CN112164981B (zh) 2020-09-23 2020-09-23 一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112164981A true CN112164981A (zh) 2021-01-01
CN112164981B CN112164981B (zh) 2021-12-03

Family

ID=73864377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011005184.2A Active CN112164981B (zh) 2020-09-23 2020-09-23 一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112164981B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1087478A1 (en) * 1999-09-27 2001-03-28 Nortel Networks Limited Generation of short optical pulses using strongly complex coupled DFB lasers.
CN1851990A (zh) * 2006-05-12 2006-10-25 何建军 带有电吸收光栅结构的q－调制半导体激光器
WO2010111689A2 (en) * 2009-03-26 2010-09-30 Kaiam Corp. A semiconductor laser device and circuit for and method of driving same
CN107681461A (zh) * 2012-05-17 2018-02-09 菲尼萨公司 用于无源光网络（pon）应用的直接调制激光器
CN111064074A (zh) * 2019-12-30 2020-04-24 武汉敏芯半导体股份有限公司 高速半导体激光器及其调谐方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1087478A1 (en) * 1999-09-27 2001-03-28 Nortel Networks Limited Generation of short optical pulses using strongly complex coupled DFB lasers.
CN1851990A (zh) * 2006-05-12 2006-10-25 何建军 带有电吸收光栅结构的q－调制半导体激光器
WO2010111689A2 (en) * 2009-03-26 2010-09-30 Kaiam Corp. A semiconductor laser device and circuit for and method of driving same
CN107681461A (zh) * 2012-05-17 2018-02-09 菲尼萨公司 用于无源光网络（pon）应用的直接调制激光器
CN111064074A (zh) * 2019-12-30 2020-04-24 武汉敏芯半导体股份有限公司 高速半导体激光器及其调谐方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杜祥琬: "《高技术要览 激光卷》", 31 October 2003 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112164981B (zh) 2021-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016206570A1 (zh) 一种短腔长的分布反馈激光器
WO2020140286A1 (zh) 半导体激光器、光发射组件、光线路终端及光网络单元
CN111244758A (zh) 基于横磁模的硅基窄线宽高功率外腔激光器
US11073661B1 (en) Optical waveguide emitter with turning waveguide section
CN112164981B (zh) 一种提高半导体激光器小信号强度调制响应带宽的方法
US6646317B2 (en) High power photodiode
JPS62144426A (ja) 光伝送装置
Hu et al. 1060nm Single-mode Transverse Coupled Cavity VCSEL with Surface Relief Engineering for 80Gbps PAM4 Modulation
Ueda et al. Low driving voltage operation of MZI-type EA modulator integrated with DFB laser using optical absorption and interferometric extinction
CN114937920A (zh) 一种窄线宽可调外腔激光器
Nakai et al. Uncooled Operation of 53-Gbaud PAM4 EA-DFB Lasers in the Wavelength Range of 1510-1570 nm for 800-GbE Applications
CN107623250A (zh) 一种短腔长面发射激光器及其制造方法
Dummer et al. Widely tunable separate absorption and modulation wavelength converter with integrated microwave termination
US20040075890A1 (en) Optical signal processing element using saturable absorber and optical amplifier
CN110911948A (zh) 一种基于混合集成技术的啁啾管理激光器
JP4653940B2 (ja) 通信用光制御装置
Yamaoka et al. 256-Gbit/s PAM-4 directly modulated membrane lasers on SiC substrate
CN113823993B (zh) 一种集成表面光栅有源滤波器的半导体激光器
CN108321675A (zh) 激光器及光模块
JPS59181588A (ja) 半導体発光装置
JPH05291694A (ja) 低チャープ光源
Mao et al. Modulation bandwidth enhancement and chirp reduction in DFB lasers with active optical feedback
WO2022222919A1 (zh) 电吸收调制激光器、光发射组件和光终端
US20220140569A1 (en) Dfb with weak optical feedback
CN115275773A (zh) 一种单纵模可调谐fp激光器及控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20210610

Address after: No.72 Binhai Road, Jimo District, Qingdao City, Shandong Province, 250013

Applicant after: SHANDONG University

Applicant after: HISENSE BROADBAND MULTIMEDIA TECHNOLOGIES Co.,Ltd.

Address before: No.72 Binhai Road, Jimo District, Qingdao City, Shandong Province, 250013

Applicant before: SHANDONG University

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant