CN112740492B - 半导体激光器、光发射组件、光线路终端及光网络单元 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种半导体激光器、光发射组件、光线路终端及光网络单元，半导体激光器包括衬底和在衬底上依次形成的下波导层、下限制层、中心层、上限制层、光栅层、上波导层和电极层；滤波区内上限制层、中心层和下限制层构成滤波区的芯层；滤波区的光栅层包括倾斜光栅。本申请可减小调制啁啾，减小传输光脉冲的色散。

Description

半导体激光器、光发射组件、光线路终端及光网络单元
技术领域
本申请涉及光通信技术，尤其涉及一种半导体激光器、光发射组件、光线路终端(Optical Line Terminate，OLT)及光网络单元(Optical Network Unit，ONU)。
背景技术
随着互联网技术的发展，4K/8K高清、家庭云和视频通话等高带宽业务的不断发展，用户的带宽需求也不断增长。为保证用户的带宽需求，无源光网络(Passive OpticalNetwork，PON)系统中逐渐替代铜线宽带接入成为接入网络的主流技术。PON系统通常可包括：位于中心局(Central Office，CO)的OLT、位于用户端的ONU，以及OLT与ONU之间连接的由光分配网(Optical Distribution Network，ODN)。
当前以太网无源光网络(Ethernet Passive Optical Network，EPON)以及千兆比特无源光网络(Gigabit-Capable Passive Optical Network，GPON)已经完成大规模部署和普及，随着更高速率的PON网络标准的制定，可由EPON或GPON平滑演进而成的10G PON正逐渐进入大众的视线。该高速率的PON系统中的信号源主要包括直接调制激光器(DirectModulated Laser，DML)和电吸收调制半导体激光器(Electro-absorption ModulatedLaser)。DML可通过改变注入调制电流来调制激光器的输出光功率，其结构简单、易于实现且成本低廉，是PON系统的理想光源。然而，电流调制会引起激光器波导有效折射率变化，导致光的相位受到调制，从而使激光器工作频率展宽，即存在较大的频率啁啾；随着调制速率的提高，啁啾现象愈加严重，传输光脉冲色散大，从而限制信号的传输距离。
保证该高速率的PON的信号传输效果及信号传输距离，如何降低DML的啁啾，使其在较低的色散代价下满足光纤传输距离，显得格外重要。
发明内容
本申请实施例提供一种半导体激光器、光发射组件、光线路终端及光网络单元，以减少PON系统中的调制啁啾，减小传输光脉冲的色散，提高了光信号的传输距离。
本申请实施例提供一种半导体激光器，包括衬底和层本体，其中，层本体包括：在该衬底上沿着预设方向依次形成的下波导层、下限制层、中心层、上限制层、光栅层、上波导层，和第一电极层；该预设方向为从靠近该衬底的一端至远离该衬底的一端的方向；该层本体沿着腔长方向划分为激光区、第一隔离区及滤波区；该第一隔离区位于该激光区和该滤波区之间，该第一隔离区包括：在垂直方向上对该第一电极层刻蚀所形成的凹槽；
其中，该激光区内的该第一电极层，用以接收第一激励电信号；该激光区内该上限制层、该中心层和该下限制层构成该激光区的有源层，用以在该第一激励电信号的作用下产生并传输光信号，该滤波区内该上限制层、该中心层和该下限制层构成该滤波区的芯层，用以传输滤波后的光信号；
该激光区内的该光栅层包括布拉格光栅，该布拉格光栅用以选出单纵模；该滤波区内的该光栅层包括倾斜光栅，该倾斜光栅用以进行光滤波。
在一种实现方式中，该激光区内的各叠层的材料结构，与该滤波区内的对应叠层的材料结构相同。
该实施例的半导体激光器中，激光区内的各叠层的材料结构，与滤波区内对应叠层的材料结构相同，可减小半导体激光器的制作工艺难度。
该布拉格光栅为λ/4波长的相移光栅，λ为该激光区的激射波长。
该布拉格光栅在腔长方向上的长度为100微米-400微米中任一长度。
在另一种实现方式中该布拉格光栅为如下任一：均匀折射率耦合光栅、增益耦合光栅、复耦合光栅；
其中，该增益耦合光栅为由周期变化的增益或损耗介质组成的光栅；该复耦合光栅为包括该折射率耦合光栅和该增益耦合光栅的光栅。
该倾斜光栅为：预设倾斜角的均匀光栅，该倾斜光栅的倾斜方向为垂直波导方向倾斜或相对波导方向倾斜。
该预设倾斜角为：2°-10°中任一角度。
该实施例中，选用2°-10°中任一角度作为该倾斜光栅的倾斜角，可减小倾斜光栅的反射光对激光区的影响。
该布拉格光栅满足下述公式(1)：
2Neff1Λ1＝λ1    公式(1)；
其中，Neff1为该激光区的有效波导折射率；Λ1为该布拉格光栅中单个周期的光栅长度；λ1为该布拉格光栅的布拉格波长。
该倾斜光栅满足下述公式(2)：
2Neff2Λ2＝λ2    公式(2)；
Neff2为该滤波区的有效波导折射率；Λ2为该倾斜光栅中单个周期的光栅长度；λ2为该倾斜光栅的滤波波长。
在再一种可实现方式中，若该布拉格光栅为λ/4波长的相移光栅，λ为该激光区的激射波长，则λ2等于λ1。
该实施例中，采用λ/4波长的相移光栅作为布拉格光栅，可实现半导体激光器的单模成品率，并且，可简化对该半导体激光器输出光信号的波长控制。
该倾斜光栅在腔长方向上的长度为150纳米。
该半导体激光器中，该激光区侧的端面镀有高反射HR膜；该半导体激光器中，该滤波区侧的端面镀有增透AR膜。
该实施例中，在半导体激光器中，激光区侧的端面还镀有HR膜，在滤波区侧的端面还镀有AR膜，可有效提高半导体激光器的出光效率。
该实施例中，该激光区的激射波长中心值位于该滤波区的过滤波长中心值对应频率的±50GHz范围内。
该第一电极层和该上波导层之间还形成有接触层；该凹槽为全部刻蚀该第一电极层和该接触层，并部分或全部刻蚀该上波导层所形成，该激光区和该滤波区的隔离电阻大于1千欧姆。该层本体中，该滤波区对应的部分还包括在该上波导层上沿着该预设方向依次形成的接触层和第二电极层，用以根据接收第二激励电信号，进行光信号的放大和滤波。
在该实施例提供的半导体激光器中，可向滤波区的注入光电流，使得该滤波区的载流子密度大于透明载流子密度，继续注入向滤波区的接触层注入光电流，便可实现出光增益，在滤波的同时提高半导体激光器的出光效率。
在另一种实例中，激光区的有源层和该滤波区的芯层不同，该滤波区的芯层光荧光波长比该激光区的有源层光荧光波长至少短100nm。
该层本体中，该滤波区对应的部分还包括在该上波导层上沿着该第一方向形成的该接触层，但不包括该第二电极层，用以进行光信号的滤波。
可选的，如上所示的中心层为半导体体材料构成的芯层、多量子阱层、量子线层或量子点层。
在再一种可实现方式中，激光区在腔长方向上依次划分为：后反射区、增益区、相位区和前反射区；其中，相邻两个区之间存在第二隔离区，该第二隔离区为在全部刻蚀该第一电极层，并部分或全部刻蚀该上波导层所形成，相邻区的隔离电阻大于1千欧姆；
该激光区内，该后反射区和该前反射区垂直的所述光栅层具有布拉格光栅；该激光区至少包含该后反射区和该前反射区中的一个。
该相位区和反射区的有源层光荧光波长，比该增益区有源层光荧光波长至少短100nm上；该反射区为该前反射区或该后反射区。
本申请实施例还可提供一种光发射组件，包括：上述任一所述的半导体激光器。
本申请实施例还可提供一种光线路终端OLT，包括：光发射组件，该光发射组件包括：上述任一所述的半导体激光器。
本申请实施例还可提供一种光网络单元ONU，包括：光发射组件，所述光发射组件包括：上述任一所述的半导体激光器。
本申请实施例提供的半导体激光器、光发射组件、光线路终端及光网络单元，其中，该半导体激光器包括：衬底和层本体，该层本体包括在该衬底上沿着预设方向依次形成的下波导层、下限制层、中心层、上限制层、光栅层、上波导层，及第一电极层；该预设方向为从靠近该衬底的一端至远离该衬底的一端的方向；该层本体沿着腔长方向划分为激光区、第一隔离区和滤波区，该第一隔离区位于该激光区和该滤波区之间，该第一隔离区包括：对该第一电极层刻蚀所形成的凹槽；其中，该激光区内的该第一电极层，用以接收第一激励电信号；该激光区内该上限制层、该中心层和该下限制层构成该激光区的有源层，用以在该第一激励电信号的作用下产生并传输光信号，该滤波区内该上限制层、该中心层和该下限制层构成该滤波区的芯层，用以传输滤波后的光信号；该激光区内的该光栅层包括布拉格光栅，该滤波区内的该光栅层包括倾斜光栅；该布拉格光栅用以选出单纵模，该倾斜光栅用以进行光滤波。该实施例提供的半导体激光器中，可通过激光区的光栅层所包括的布拉格光栅选出单纵模，通过滤波区的光栅层所包括的倾斜光栅进行光滤波，减小了半导体激光器的调制啁啾，提高消光比，减小了光脉冲色散，提高光信号的传输距离，使得较低的色散代价下满足光纤传输距离的要求。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种PON系统的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种半导体激光器的沿腔长方向的截面示意图一；
图3为本申请实施例提供的一种半导体激光器的沿腔长方向的截面示意图二；
图4为本申请实施例提供的一种半导体激光器的沿腔长方向的截面示意图三；
图5为本申请实施例提供的一种半导体激光器的沿腔长方向的截面示意图四；
图6为本申请实施例提供的一种光发射组件的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种OLT的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种ONU的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例所提供的半导体激光器、光发射组件、OLT及ONU等可适用于PON系统中。如下结合附图对本申请实施例所涉及的PON系统进行示例说明。图1为本申请实施例提供的一种PON系统的示意图。如图1所示，PON系统包括：位于中心局的OLT，以及N个位于用户端的ONU。该N个ONU可以为图1所示的ONU#1-ONU#N。该OLT可通过ODN与N个ONU连接。ODN用于负责OLT与ONU之间的光信号传输。在PON系统中，位于中心距的OLT和位于用户端的每个ONU的信号源均可采用DML进行调制，以输出待传输的光信号。
本申请实施例提供的半导体激光器可应用于图1中的OLT中，也可应用于图1中的ONU中，以减少光信号的调制啁啾，减少传输的光脉冲色散，从而保证光信号的传输距离。
如下结合多个示例，对本申请实施例所提供的半导体激光器进行说明。图2为本申请实施例提供的一种半导体激光器的沿腔长方向的截面示意图一。如图2所示，该半导体激光器，包括衬底18和层本体。层本体包括在衬底上沿着预设方向依次形成的下波导层17、下限制层16、中心层15、上限制层14、光栅层13、上波导层12、第一电极层11。该预设方向为从靠近衬底18的一端至远离衬底18的一端的方向；层本体沿着腔长方向上划分为激光区、隔离区和滤波区；该第一隔离区位于该激光区和该滤波区之间，该激光区与滤波区间的隔离区可称为第一隔离区，其可包括：对该第一电极层11刻蚀所形成的凹槽。该凹槽可以为沿着该预设方向的反方向对该第一电极层11进行刻蚀所形成的凹槽。
该激光区、该隔离区及该滤波区位于衬底18上。其中，激光区还可称为激光器区，用以产生并传输光信号。该滤波区还可称为滤波器区，用以进行光信号的滤波。
其中，该激光区的第一电极层11，用以接收第一激励电信号；该激光区内上限制层14、中心层15和下限制层16构成该激光区的有源层，用以在该第一激励电信号的作用下产生并传输光信号。该滤波区内上限制层14、中心层15和下限制层16构成该滤波区的芯层，用以传输滤波后的光信号；
该激光区内的光栅层13包括布拉格光栅。可选的，该隔离区内的光栅层13也可包括：布拉格光栅。激光区的布拉格光栅，和隔离区的布拉格光栅可构成图1所示的光栅1。该滤波区内的光栅层13包括倾斜光栅(slanted grating)，如图1所示的光栅2。
其中，该布拉格光栅用以选出单纵模；该倾斜光栅用以进行光滤波。
具体地，激光区可以为分布反馈激光器(Distributed Feedback Laser，DFB)区或分布式布拉格激光器(Distributed Bragg Reflector，DBR)区。若为DFB区可通过偏置器(Bias-Tee)将该第一激励电信号，加载在该激光区的第一电极层11。该第一激励电信号还称为直接调制信号。针对本申请实施例提供的半导体激光器，可通过控制该第一激励电信号，也就是调制信号的偏置电流和调制电流的大小，控制半导体激光器的瞬态啁啾和绝热啁啾的大小。
该激光区的光栅层13所包括的布拉格光栅，用以选出单纵模光信号，并通过该激光区的有源层传输该选出的单纵模光信号。
倾斜光栅可构成滤波区的倾斜光栅滤波器，进行光信号的滤波，通过倾斜光栅的滤波，减小半导体激光器的调制啁啾，提高消光比。
以10Gbps的调制速率，滤波区的带宽无需为调制速率的一半(5GHz)，也无需激光区的绝热啁啾为5GHz，便能满足20km传纤色散代价需求。可选的，为兼顾率波损耗，激光区的绝热啁啾和滤波区的带宽可位于1GHz-20GHz之间。本申请实施例中，采用倾斜光栅来实现滤波，可避免滤波区对激光区的波导损耗。
本申请实施例提供的半导体激光器，可包括衬底和层本体，该层本体包括在该衬底上沿着预设方向依次形成的下波导层、下限制层、中心层、上限制层、光栅层、上波导层、第一电极层；该预设方向为从靠近该衬底的一端至远离该衬底的一端的方向；该层本体沿着腔长方向上划分为激光区、第一隔离区和滤波区，该第一隔离区位于该激光区和该滤波区之间，该第一隔离区包括：对该第一电极层刻蚀所形成的凹槽；其中，该激光区内的该第一电极层，用以接收第一激励电信号；该激光区内该上限制层、该中心层和该下限制层构成该激光区的有源层，用以在该第一激励电信号的作用下产生并传输光信号，该滤波区内该上限制层、该中心层和该下限制层构成该滤波区的芯层，用以传输滤波后的光信号；该激光区内的该光栅层包括布拉格光栅，该滤波区内的该光栅层包括倾斜光栅；该布拉格光栅用以选出单纵模，该倾斜光栅用以进行光滤波。该实施例提供的半导体激光器中，可通过激光区内的光栅层所包括的布拉格光栅选出单纵模，通过滤波区内的光栅层所包括的倾斜光栅进行光滤波，减小了半导体激光器的调制啁啾，提高消光比，减小了光脉冲色散，提高光信号的传输距离，使得较低的色散代价下满足光纤传输距离的要求。
同时，该实施例提供的半导体激光器，通过倾斜光栅的滤波减少了调制啁啾，不会增加额外的器件制造难度和成本；并且无需使用标准器件，采用常规的封装方式即可，能同时实现高的单模成品率和大功率工作，其可应用于对光功率预算要求高的PON系统中。
可选的，如上所示的半导体激光器中，激光区在腔长方向的长度可以为200微米(um)，该第一隔离区在腔长方向的长度可以为20um，滤波区在腔长方向的长度可以为150um。
可选的，如上所示的半导体激光器中，该激光区的各叠层的材料结构，与该滤波区的对应叠层的材料结构相同。
具体地，上波导层12和下波导层17用于形成光信号的传输波导，可由磷化铟(InP)材料制成，在预设方向上的厚度可以为1.5um-2um中任一厚度，磷化铟的掺杂浓度可大于或等于1E18cm-3。则激光区的上波导层12与滤波区的上波导层12的材料结构相同，其均可由磷化铟材料制成，其掺杂浓度可为大于或等于1E18cm-3的任一浓度值；则激光区的下波导层17与滤波区的下波导层17的材料结构相同，即其均可由磷化铟材料制成，其掺杂浓度可为大于或等于1E18cm-3的任一浓度值。
需要说明的是，激光区的上波导层12的厚度，可与滤波区的上波导层12的厚度可相同，也可不同。激光区的下波导层17的厚度，可与滤波区的上波导层17的厚度可相同，也可不同。
激光区的上波导层12的厚度，与激光区的下波导层17的厚度可相同，也可不同；滤波区的上波导层12的厚度，与滤波区的下波导层17的厚度可相同，也可不同。
该激光区的光栅层13的材料结构，与该滤波区的光栅层13的材料结构相同，即布拉格光栅和倾斜光栅的材料结构相同。布拉格光栅和倾斜光栅的材料结构例如均可以为磷化铟和铟镓砷磷(InGaAsP)的交替材料。
上限制层14和下限制层16用于该预设方向以及该预设方向的反方向上的载流子和光子的限制，其可为由非故意掺杂的折射率渐变(graded index，GRIN)的铟镓铝砷(InGaAlAs)等四元材料制成的渐变分离约束异质结构(graded index separateconfinement heterostructure，GRIN-SCH)，其在预设方向的厚度可以为50纳米(nm)-100nm之间的任一厚度。则激光区的上限制层14可与滤波区的上限制层14的材料结构相同，其均可为由非故意掺杂的铟镓铝砷等四元材料制成的渐变分离约束异质结构。
中心层15用于将电能转化为光子，其由非故意掺杂的铟镓铝砷等四元材料制成，在预设方向的厚度可以为100nm-200nm中任一厚度。可选的，其中，该中心层18可以为多量子阱层、量子线层、量子点层或者半导体体材料构成的芯层。则激光区的中心层15可与滤波区的中心层15的材料结构相同，其均可由非故意掺杂的铟镓铝砷等四元材料制成。
该实施例的半导体激光器中，激光区的各叠层的材料结构，与滤波区对应叠层的材料结构相同，可减小半导体激光器的制作工艺难度。并且，采用由非故意掺杂的GRIN的铟镓铝砷(InGaAlAs)等四元材料制成的GRIN-SCH作为上限制层14和下限制层16，可有效减小半导体激光器的损耗。
可选的，如上所示的半导体激光器中，衬底18可以由磷化铟(InP)、砷化镓(GaAs)或氮化镓(GaN)中的任一材料构成。
可选的，在上述任一所示的半导体激光器的基础上，本申请实施例还可提供一种半导体激光器。图3为本申请实施例提供的一种半导体激光器的沿腔长方向的截面示意图二。该图3为具有有源滤波区的半导体激光器的示例。如图3所示，该第一电极层11和上波导层12之间还形成有接触层19。第一隔离区的凹槽为全部刻蚀第一电极层11和接触层19，并部分或全部刻蚀上波导层12所形成的，激光区和该滤波区之间的隔离电阻大于或等于1千欧姆。
该接触层19用于激光区和金属形成欧姆接触，通常由重掺杂的In0.53Ga0.47As，掺杂浓度可大于或等于1E19cm-3，在垂直方向的厚度可以为50nm-300nm中任一厚度。
其中，如上所示的隔离区还可称为电隔离区，用于隔离该激光区和滤波区之间的电信号。全部刻蚀该第一电极层11和接触层19，指的是，沿着该预设方向的反方向将该第一电极层11和接触层19刻蚀透。
可选的，在一些示例中，该隔离区的凹槽内，还具有注入的预设电离子，以增加隔离电阻阻值。
例如，若全部刻蚀第一电极层11和接触层19，并部分刻蚀上波导层12所形成凹槽，还无法使得激光区和该滤波区之间的隔离电阻大于或等于1千欧姆，便可在该隔离区的凹槽内注入预设电离子，以增加隔离电阻阻值。
可选的，在该图3所示的半导体激光器中，该层本体中，该滤波区对应的部分还包括在所述上波导层上沿着所述预设方向依次形成的接触层21和第二电极层20，用以根据接收第二激励电信号时，进行光信号的放大和滤波。
上述第一电极层11可以为P型电极层，可以由钛合金、铂合金或金组成，其预设方向的厚度可以为500nm-2um中任一厚度。
该第二电极层20可以为N型电极层，其可以由金锗镍合金或金组成，其在预设方向的厚度可以为200nm-500nm。
需要指出的是，该图2和图3所示的半导体激光器中，滤波区具有可接收第二激励电信号的第二电极层，则其可以为有源区域。
可选的，对于有源的滤波区的半导体激光器中，该激光区的有源层和该滤波区的芯层不同，该滤波区的芯层光荧光波长比该激光区的有源层光荧光波长至少短100nm。
在该实施例提供的半导体激光器中，可向滤波区的接触层注入光电流，使得该滤波区的载流子密度大于透明载流子密度，继续注入向滤波区的接触层注入光电流，便可实现出光增益，从而提高半导体激光器的出光效率。
可选的，在上述任一所示的半导体激光器的基础上，本申请实施例还可提供一种半导体激光器。图4为本申请实施例提供的一种半导体激光器的沿腔长方向的截面示意图三。该图4为具有无源滤波区的半导体激光器的示例。如图4所示，半导体激光器中，该层本体中，滤波区对应的部分还包括在该上波导层上沿着该预设方向形成的接触层21，但不包括上述图3中的第二电极层20，用以进行光信号的滤波。
接触层21用于滤波区和金属形成欧姆接触，通常由重掺杂的In0.53Ga0.47As，掺杂浓度可大于或等于1E19cm-3，在垂直方向的厚度可以为50nm-300nm中任一厚度。
在图4所示的半导体激光器中，激光区的上波导层12和滤波区的上波导层12在预设方向的厚度可不同，激光区的上限制层14和滤波区的上限制层14在预设方向的厚度可不同，激光区的中心层15和滤波区的中心层15在预设方向的厚度可不同，激光区的下限制层16和滤波区的下限制层16在预设方向的厚度可不同，激光区的下波导层17和滤波区的上波导层17在预设方向的厚度可不同。
在具有无源滤波区的半导体激光器中，该滤波区的中心层15的带隙波长小于该激光区的中心层15的带隙波长150nm以上，以减小该滤波区内的上波导层12和下波导层17对光的吸收，从而保证的半导体激光器的出光效率。
可选的，如上述图3或图4所示的半导体激光器中，在该激光区侧的端面还镀有高反射(High Reflection，HR)膜；上述图3或图4所示的半导体激光器中该滤波区侧的端面镀有增透(Anti-Reflection，AR)膜。其中，该激光区侧的端面可以为腔长方向上靠近激光区的端面，该滤波区侧的端面可以为腔长方向上靠近滤波区的端面。
其中，该滤波区侧的端面可以作为该半导体激光器的输出端，以输出半导体激光器所输出的光信号。
该实施例中，在半导体激光器中，激光区侧的端面还镀有HR膜，在滤波区侧的端面还镀有AR膜，可有效提高半导体激光器的出光效率。
可选的，如上所示的半导体激光器中，激光区的激射波长中心值位于该滤波区的过滤波长中心值对应频率的±50GHz范围内。
可选的，在如上所示的半导体激光器中，光栅层13中的布拉格光栅为相移光栅，该相移光栅为λ/4波长的相移光栅，λ为该激光区的激射波长。
其中，该λ/4波长的相移光栅的相移区可位于该半导体激光器中的在腔长方向靠近激光区侧的1/3处。
该实施例中，采用λ/4波长的相移光栅作为布拉格光栅，可实现半导体激光器的单模成品率，并且，可简化对该半导体激光器输出光信号的波长控制。
可选的，该布拉格光栅在腔长方向上的长度为100微米-400微米中任一长度。例如，该布拉格光栅在腔长方向上的长度可以为220um。
该实施例中，采用长度为100微米-400微米中任一长度作为半导体激光器中的布拉格光栅在腔长方向的长度，可使得半导体激光器的调制速率大于或等于10Gbps。
可选的，该布拉格光栅为如下任一：均匀折射率耦合光栅、增益耦合光栅、复耦合光栅；其中，该增益耦合光栅为由周期变化的增益或损耗介质组成的光栅；该复耦合光栅为包括该折射率耦合光栅和该增益耦合光栅的光栅。
激光区可以为半导体激光器的增益及选模区，该激光区的光栅层13所包括的的布拉格光栅可用以选出单纵模光信号，以实现单纵模即单波长的信号激射。
可选的，如上所示的半导体激光器中，该倾斜光栅可以为具有预设倾斜角的均匀光栅。
该倾斜光栅的倾斜方向为垂直波导方向倾斜或相对波导方向倾斜，则该倾斜光栅的预设倾斜角可以为该倾斜光栅相对于垂直波导方向的倾斜角，或者，相对于波导方向的倾斜角。其中，波导方向可以为上波导层12或者下波导层17的光波导传输方向，该波导方向可平行于该腔长方向，也可不平行与该腔长方向。
可选的，该倾斜光栅的预设倾斜角可以为：2°-10°中任一角度。
该实施例中，选用2°-10°中任一角度作为该倾斜光栅的倾斜角，可减小倾斜光栅的反射光对激光区的影响。
可选的，上述光栅层13中的布拉格光栅，也就是激光区的光栅层13所包括的光栅，可满足下述公式(1)：
2Neff1A1＝λ1    公式(1)；
其中，Neff1为该激光区的有效波导折射率；Λ1为该布拉格光栅中单个周期的光栅长度；λ1为该布拉格光栅的布拉格波长。
该激光区的有效波导折射率，可以为该激光区的上波导层12和下波导层17的有效折射率。
可选的，上述光栅层13中的倾斜光栅，也就是滤波区的光栅层13所包括的光栅，可满足下述公式(2)：
2Neff2Λ2＝λ2    公式(2)；
Neff2为该滤波区的有效波导折射率；Λ2为该倾斜光栅中单个周期的光栅长度；λ2为该倾斜光栅的滤波波长。
该滤波区的有效波导折射率，可以为该滤波区的上波导层12和下波导层17的有效折射率。
可选的，若该布拉格光栅为λ/4波长的相移光栅，λ为该激光区的激射波长，则该λ2等于λ1。
当半导体激光区的消光比较小时，λ1可以为0信号的波长，由于激励电信号的电流不同，具体数值可以有偏差，即，该λ1与0信号的波长的差值可在预设范围内。
在半导体激光器在工作状态，可通过调节激光区和滤波区的工作电流使得半导体激光器的后端光功率和前端光功率的比值最大时，满足λ2与λ1的对准，实现波长锁定。
可选的，该倾斜光栅在腔长方向上的长度为150纳米。
可选的，如上所示的该激光区的激射波长中心值位于该滤波区的过滤波长中心值对应频率的±50GHz范围内。
可选的，如上所示的激光区可以为DFB区，还可以为DBR区。若该激光区为DBR区，则该激光区可以为二段式DBR区，该二段式DBR区在腔长方向上依次划分为：后反射区和增益区；该激光区还可以为三段式DBR区，该三段式DBR区在腔长方向上依次划分为：后反射区、增益区和相位区；还可以为四段式DBR区，该四段式DBR区在腔长方向上依次划分为：后反射区、增益区、相位区和前反射区。
无论是采用哪种DBR区，在DBR区内相邻两个区之间存在隔离区，如第二隔离区，该相邻两个区之间的隔离区可以为在该预设方向的反方向全部刻蚀该第一电极层11，并部分或全部刻蚀上波导层12所形成，相邻区的隔离电阻大于1千欧姆。可选的，该第一电极层11与上波导层12之间还形成有接触层19，则该相邻两个区之间的隔离区可以为在该预设方向的反方向全部刻蚀该第一电极层11和接触层19，并部分或全部刻蚀上波导层12所形成。
激光区内，后反射区和前反射区的光栅层13可具有布拉格光栅。
该激光区至少包含该后反射区和该前反射区中的一个。具体地，若为二段式DBR区和三段式DBR区，则激光区需包括：后反射区；若为四段式DBR区，该激光区需包括该后反射区和该前反射区。
可选的，该相位区和反射区的有源层光荧光波长，比该增益区有源层光荧光波长至少短100nm上；该反射区为该前反射区或该后反射区。
如下以激光区为三段式DBR区为例，对上述实施例所提供的半导体激光器进行示例说明。图5为本申请实施例提供的一种半导体激光器的沿腔长方向的截面示意图四。该图5为激光区为三段式DBR区的半导体激光器的示例。如图5所示，该半导体激光器包括衬底18和层本体，该层本体包括在衬底18上沿着预设方向依次形成的下波导层17、下限制层16、中心层15、上限制层14、光栅层13、上波导层12、第一电极层11。其中，第一电极层11和上波导层12之间，还形成有接触层19。
该半导体激光器在腔长方向上划分为激光区、第一隔离区和滤波区。激光区在腔长方向上依次划分为后反射区、增益区和相位区。
第一隔离区，可包括：在预设方向的反方向上全部刻蚀该第一电极层11和接触层19，并部分或全部刻蚀上波导层12形成的凹槽。该第一隔离区可用以实现激光区和滤波区之间的电隔离。
该激光区内，相邻两个区如后反射区和增益区，增益区和相位区之间存在第二隔离区，该第二隔离区可包括：在预设方向的反方向上全部刻蚀第一电极层11和接触层19，并部分或全部刻蚀上波导层12形成的凹槽。该第二隔离区可用以实现该激光区内相邻两个区之间的电隔离。
该激光区、该隔离区及该滤波区位于同一衬底18上。其中，激光区用以产生并传输光信号。该滤波区还可称为滤波器区，用以进行光信号的滤波。
其中，该激光区的第一电极层11，用以接收第一激励电信号；该激光区内上限制层14、中心层15和下限制层16构成该激光区的有源层，用以在该第一激励电信号的作用下产生并传输光信号。该滤波区内上限制层14、中心层15和下限制层16构成该滤波区的芯层，用以传输滤波后的光信号。
在该激光区内的后反射区的上限制层14、中心层15和下限制层16构成该激光区内的后反射区的芯层51；在该激光区内的相位区的上限制层14、中心层15和下限制层16构成该激光区内的相位区的芯层51；在该激光区内的增益区的上限制层14、中心层15和下限制层16构成该激光区内的增益区的有源层52。
该后反射区和相位区的芯层51的带隙波长，又称光荧光波长，比该增益区的有源层52的带隙波长至少可短100nm以上。
该激光区中后反射区的光栅层13包括布拉格光栅。激光区中该后反射区的布拉格光栅，可构成图5所示的光栅1。该滤波区的光栅层13包括倾斜光栅，如图5所示的光栅2。其中，该布拉格光栅用以选出单纵模；该倾斜光栅用以进行光滤波。
该图5所示的布拉格光栅和倾斜光栅的描述可参见上述，在此不再赘述。
在半导体激光器中，激光区侧的端面还镀有HR膜，在滤波区侧的端面还镀有AR膜，可有效提高半导体激光器的出光效率。
该实施例提供的半导体激光器中，可通过激光区光栅层所包括的布拉格光栅选出单纵模，通过滤波区光栅层所包括的倾斜光栅进行光滤波，减小了半导体激光器的调制啁啾，提高消光比，减小了光脉冲色散，提高光信号的传输距离，使得较低的色散代价下满足光纤传输距离的要求。
同时，该实施例的半导体激光器，通过倾斜光栅的滤波减少了调制啁啾，不会增加额外的器件制造难度和成本；并且无需使用标准器件，采用常规的封装方式即可，能同时实现高的单模成品率和大功率工作，其可应用于对光功率预算要求高的PON系统中。
可选的，本申请实施例还可提供一种光发射组件。图6为本申请实施例提供的一种光发射组件的结构示意图。如图6所示，该光发射组件60可包括：半导体激光器61，该半导体激光器61可以为61上述图2-图5中任一所示的半导体激光器。
由于该发射组件包括上述图2-图5中任一所示的半导体激光器可通过激光区的光栅层所包括的布拉格光栅选出单纵模，通过滤波区的光栅层所包括的倾斜光栅进行光滤波，减小了该发射组件的调制啁啾，提高消光比，减小了光脉冲色散，提高光信号的传输距离，使得较低的色散代价下满足光纤传输距离的要求。
可选的，本申请实施例还可提供一种OLT。图7为本申请实施例提供的一种OLT的结构示意图。如图7所示，该OLT 70可包括：光发射组件71，该光发射组件71中包括半导体激光器711，该半导体激光器711可以为上述图2-图5中任一所示的半导体激光器。
该OLT中的光发射组件可包括有上述图2-图5中任一所示的半导体激光器，可通过激光区的光栅层所包括的布拉格光栅选出单纵模，通过滤波区的光栅层所包括的倾斜光栅进行光滤波，减小了OLT的调制啁啾，提高消光比，减小了光脉冲色散，提高光信号的传输距离，使得较低的色散代价下满足光纤传输距离的要求。
可选的，本申请实施例还可提供一种ONU。图8为本申请实施例提供的一种ONU的结构示意图。如图8所示，该ONU 80可包括：光发射组件81，该光发射组件包括半导体激光器811，该半导体激光器811可以为上述图2-图5中任一所示的半导体激光器。
该ONU中的光发射组件可包括有上述图2-图5中任一所示的半导体激光器，可通过激光区的光栅层所包括的布拉格光栅选出单纵模，通过滤波区的光栅层所包括的倾斜光栅进行光滤波，减小了ONU的调制啁啾，提高消光比，减小了光脉冲色散，提高光信号的传输距离，使得较低的色散代价下满足光纤传输距离的要求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (19)

1.一种半导体激光器，其特征在于，包括：衬底和层本体，所述层本体包括：在所述衬底上沿着预设方向依次形成的下波导层、下限制层、中心层、上限制层、光栅层、上波导层，和第一电极层；所述预设方向为从靠近所述衬底的一端至远离所述衬底的一端的方向；所述层本体沿着腔长方向划分为：激光区、第一隔离区，和滤波区；所述第一隔离区位于所述激光区和所述滤波区之间，所述第一隔离区包括对所述第一电极层刻蚀所形成的凹槽，所述凹槽为从所述第一电极层的上表面刻蚀至上波导层的上半部或者全部所形成的，所述凹槽内注入预设电离子；
其中，所述激光区内的所述第一电极层，用以接收第一激励电信号；所述激光区内所述上限制层、所述中心层和所述下限制层构成所述激光区的有源层，用以在所述第一激励电信号的作用下产生并传输光信号；所述滤波区内所述上限制层、所述中心层和所述下限制层构成所述滤波区的芯层，用以传输滤波后的光信号，所述光信号从所述滤波区侧的端面输出；
所述激光区内和所述隔离区内的所述光栅层包括布拉格光栅，所述布拉格光栅用以选出单纵模；所述滤波区内的所述光栅层包括倾斜光栅，所述倾斜光栅用以进行光滤波，所述倾斜光栅为：预设倾斜角的均匀光栅，所述倾斜光栅的倾斜方向为垂直波导方向倾斜或相对波导方向倾斜，所述波导方向平行于所述腔长方向，所述预设倾斜角为：2°-10°中任一角度；所述布拉格光栅为λ/4波长的相移光栅，λ为所述激光区的激射波长。
2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述激光区的各叠层的材料结构，与所述滤波区的对应叠层的材料结构相同。
3.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述布拉格光栅在腔长方向上的长度为100微米-400微米中任一长度。
4.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述布拉格光栅为如下任一：均匀折射率耦合光栅、增益耦合光栅、复耦合光栅；
其中，所述增益耦合光栅为由周期变化的增益或损耗介质组成的光栅；所述复耦合光栅为包括所述折射率耦合光栅和所述增益耦合光栅的光栅。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述布拉格光栅满足下述公式(1)：
2Neff1Λ1＝λ1    公式(1)；
其中，Neff1为所述激光区的有效波导折射率；Λ1为所述布拉格光栅中单个周期的光栅长度；λ1为所述布拉格光栅的布拉格波长。
6.根据权利要求5所述的半导体激光器，其特征在于，所述倾斜光栅满足下述公式(2)：
2Neff2Λ2＝λ2    公式(2)；
Neff2为所述滤波区的有效波导折射率；Λ2为所述倾斜光栅中单个周期的光栅长度；λ2为所述倾斜光栅的滤波波长。
7.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，若所述布拉格光栅为λ/4波长的相移光栅，λ为所述激光区的激射波长，则λ2等于λ1。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述倾斜光栅在腔长方向上的长度为150纳米。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器中，所述激光区侧的端面镀有高反射HR膜；所述半导体激光器中，所述滤波区侧的端面镀有增透AR膜。
10.根据权利要求1-4中任一项要求所述半导体激光器，其特征在于，所述激光区的激射波长中心值位于所述滤波区的过滤波长中心值对应频率的±50GHz范围内。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述第一电极层和所述上波导层之间还形成有接触层；所述凹槽为全部刻蚀所述第一电极层和所述接触层，并部分或全部刻蚀所述上波导层所形成的，所述激光区和所述滤波区的隔离电阻大于1千欧姆。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述激光区的有源层和所述滤波区的芯层不同，所述滤波区的芯层光荧光波长比所述激光区的有源层光荧光波长至少短100纳米。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述层本体中，所述滤波区对应的部分还包括在所述上波导层上沿着所述预设方向依次形成的接触层和第二电极层，用以根据接收第二激励电信号时，进行光信号的放大和滤波；或者，
所述层本体中，所述滤波区对应的部分还包括在所述上波导层上沿着所述预设方向形成的所述接触层，但不包括所述第二电极层，用以进行光信号的滤波。
14.根据权利要求1-4中任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述中心层为半导体体材料构成的芯层、多量子阱层、量子线层或量子点层。
15.根据权利要求1-4中任一项中所述的半导体激光器，其特征在于，所述激光区在腔长方向上依次划分为：后反射区、增益区、相位区和前反射区；其中，相邻两个区之间存在第二隔离区，所述第二隔离区为全部刻蚀所述第一电极层，并部分或全部刻蚀所述上波导层所形成，相邻区的隔离电阻大于1千欧姆；
所述激光区内，所述后反射区和所述前反射区的所述光栅层具有布拉格光栅；所述激光区至少包含所述后反射区和所述前反射区中的一个。
16.根据权利要求15所述的半导体激光器，其特征在于，所述相位区和所述反射区的有源层光荧光波长，比，所述增益区的有源层光荧光波长至少短100纳米；所述反射区为所述前反射区或所述后反射区。
17.一种光发射组件，其特征在于，包括：上述权利要求1-15中任一所述的半导体激光器。
18.一种光线路终端OLT，其特征在于，包括：光发射组件，所述光发射组件包括：上述权利要求1-16中任一所述的半导体激光器。
19.一种光网络单元ONU，其特征在于，包括：光发射组件，所述光发射组件包括：上述权利要求1-16中任一所述的半导体激光器。
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