CN113224638A - 一种利用电极来实现取样的sbg半导体激光器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用电极来实现取样的SBG半导体激光器装置。该激光器装置的种子光栅是普通的均匀光栅，它通过把电极与脊条上方的导电区域设计成取样图案形状，来使得它的光栅结构对光的反馈作用，与一个取样光栅相同。本发明无需在均匀光栅中引入取样结构，就可实现取样光栅对光相同的反馈作用和对激射波长的选择效果。

Description

一种利用电极来实现取样的SBG半导体激光器装置
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，涉及光纤通信、光子集成、光电传感以及其他光电信息处理。本发明是利用取样图案形状的电极来使得均匀光栅半导体激光器装置变成取样光栅(Sampling Bragg Grating,SBG)半导体激光器装置的方法。
背景技术
为了保证激光器的单模成品率，在分布反馈式(Distributed Feedback,DFB)半导体激光器中，通常需要在其选频的均匀光栅中引入真实相移，加工制造这种真实相移的均匀光栅，需要至少0.1微米量级加工精度的电子束曝光技术与设备。然而如果借助于取样光栅技术，就可以利用对数微米至数十微米量级取样周期的控制，在选定的激射信道(±1级子光栅)中，引入等效相移而使得SBG半导体激光器单模激射。
传统的SBG半导体激光器的制造，需要在用双光束干涉制造均匀光栅后，再用一块取样模板来进行光刻制备取样光栅。取样光栅的制造与均匀光栅的制造相比，一方面因增加了取样图案的光刻过程，加工更加复杂且增加了制造成本；另一方面，取样光栅制造实质是周期性地去除了部分种子光栅(均匀光栅)的过程，因而取样光栅折射率调制强度比种子光栅相比要小，所以SBG半导体激光器选频光栅(通常选取样光栅±1级子光栅之一)对激射波长的反馈作用比种子光栅要弱。这就导致实际的SBG半导体激光器与均匀光栅半导体激光器相比，其阈值较高，量子转换效率较低。
发明内容
针对现有技术中SBG半导体激光器存在的上述不足，本发明提出一种利用电极来实现取样的SBG半导体激光器装置。
本发明的技术方案：
本发明实施例提供一种SBG半导体激光器装置，所述激光器装置的种子光栅是连续的均匀光栅，它的电极与脊条间的导电区域，与普通取样光栅取样图案有相同的形状；
作为本发明的进一步改进，所述激光器装置与脊条间的导电区域相联接的电极可以是连接在一起形成的单一电极，也可以通过设置间距、或者通过注入氦离子、或者通过刻蚀电隔离沟等相电隔离方式形成的多个电极；
作为本发明的进一步改进，所述激光器装置有三个相电隔离的电极，中间电极与脊条间导电区域形成的取样图案中心，可以是有或没有等效相移的均匀取样图案，激光器的两端一同镀有高增透膜(反射率＜10％。)；两端的两个电极也可以用导线连接在一起形成同一个电极；
作为本发明的进一步改进，所述激光器三个电极中处于两端的两个电极长度相同；
作为本发明的进一步改进，所述激光器三个电极长度相同；
作为本发明的另一种改进，所述激光器有两个相电隔离的电极，电极与脊条间的导电区域是连续的均匀取样图案，激光器的两端分别镀有高增透膜(反射率＜10％。)和高反射膜(反射率＞90％)；
作为本发明的进一步改进，所述激光器镀高增透膜一端的电极长于镀高反射膜一端的电极；
作为本发明的进一步改进，所述激光器镀高增透膜一端和镀高反射膜一端的电极长度比为2：1。
本发明的有益效果：
用通常的均匀光栅半导体相同工艺的制作方法，只是使它的电极与脊条间的导电区域，与普通取样光栅取样图案有相同的形状，就获得了与普通取样光栅相同选频效果的光栅结构；与普通取样光栅半导体激光器相比，制作工艺的复杂性和制造成本有很大的降低，且激光器的阈值性能和量子转换效率有较大的提升。
附图说明
图1示出了本发明实施例提供的一种激光器的结构示意图；
图2示出了本发明实施例提供的一种有三个电极的本发明激光器的结构示意图；
图3示出了本发明实施例提供的一种有两个电极的本发明激光器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明，本发明利用取样图案形状的电极来实现取样的SBG半导体激光器结构的原理如下：
图1是本发明激光器的结构示意图，图中电极与脊条上方欧姆接触层连接区域形成为均匀的取样图案。激光器正常激射时，电流的热效应产生的大量热量加上有源层沿激射腔具有良好的导热效果，使得沿整个激射腔几乎保持相同的温度升高，因而电流热效应使得整个激射腔有相同的有效折射率升高。与此同时由于电流等离子效应的存在，在电流注入位置处激射腔波导的有效折射率会有所降低，因而与电极注入电流位置形状相一致，沿整个激射腔波导就形成了有效折射率的高低间隔分布，均匀光栅结构变成了均匀取样光栅结构。
本发明实施例一
本实施例提供一种用三个电极来实现取样的SBG半导体激光器装置，如图2所示，沿激射腔的光栅为均匀光栅，它有三个相电隔离的电极，中间电极与脊条间导电区域形成的取样图案中心，可以是有或无等效相移的均匀取样图案，激光器的两端一同镀有高增透膜。
本实施例SBG半导体激光器装置激射波长精细调节的实现原理如下：
我们以图2为例来进行说明，为简便起见，设两端电极和中间电极长度分别为LR＝L，LP＝L，那么当激光器两端电极被注入相同的电流密度且中间电极被注入不同的电流密度，激光器两侧电极和中间电极下的激射腔的有效折射率nR和nP将不同，因而在光传输空间，激射信道的均匀光栅就变成了啁啾调制光栅，在激射信道获得的分布相移θDPS大小可表示为：
Figure BDA0003011704480000041
Λ±1为激射信道(取样光栅±1级子光栅之一)的光栅周期。调节两侧电极和中间电极注入电流密度，就可以调节激光器的激射波长在激射信道阻波带内连续变化。
本发明实施例二
本实施例提供一种用两个电极来实现取样的SBG半导体激光器装置，如图3所示，沿激射腔的光栅为均匀光栅，它有两个相电隔离的电极，激光器的两端分别镀有高反射膜和高增透膜。
本实施例SBG半导体激光器装置激射波长精细调节的实现原理如下：
我们以图2为例来进行说明，为简便起见，设镀高增透膜和高反射膜端电极长度分别为
Figure BDA0003011704480000043
LP＝L，那么当激光器两电极被注入不同电流密度时，激光器两电极下的激射腔的有效折射率nR和nP将不同，同样在激射信道将获得分布相移：
Figure BDA0003011704480000042
与此同时，由于两端面分别镀有高反射膜和高增透膜，因而在激光器的镀高反射膜的端面有任意大小的端面相位θEFPS，分布相移θDPS和端面相位θEFPS的联合作用效果，可看成是在激光器的激射信道引入了一个总相移θ总。
改变两电极注入电流密度大小也就改变了分布相移θDPS大小，相应就改变了总相移θ总大小，同样可以调节激光器的激射波长在激射信道阻波带内连续变化。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种利用电极来实现取样的SBG半导体激光器装置，其特征在于，所述激光器装置的种子光栅是沿激射腔连续的均匀光栅，其电极与脊条间的导电区域，与普通取样光栅取样图案有相同的形状。
2.根据权利要求1所述的SBG半导体激光器装置，其特征在于，与脊条间的导电区域相连接的电极是联接在一起形成的单一电极，或者是通过设置间距、或者通过注入氦离子、或者通过刻蚀电隔离沟等相电隔离方式形成的多个电极。
3.根据权利要求2所述的SBG半导体激光器装置，其特征在于，包括有三个相电隔离的电极，中间电极与脊条导电区域形成的取样图案中心，是有或无等效相移的均匀取样图案，激光器的两端一同镀有高增透膜；两端的两个电极用导线连接在一起形成同一个电极。
4.根据权利要求3所述的SBG半导体激光器装置，其特征在于，激光器两端的两个电极长度相同。
5.根据权利要求3所述的SBG半导体激光器装置，其特征在于，激光器三个电极长度相同。
6.根据权利要求2所述的SBG半导体激光器装置，其特征在于，包括有两个相电隔离的电极，电极与脊条间的导电区域是连续的均匀取样图案，激光器的两端分别镀有高增透膜和高反射膜。
7.根据权利要求6所述的SBG半导体激光器装置，其特征在于，镀高增透膜一端的电极长于镀高反射膜一端的电极。
8.根据权利要求7所述的SBG半导体激光器装置，其特征在于，镀高增透膜一端的电极和镀高反射膜一端的电极长度比为2：1。
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