CN115117731A - 一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器 - Google Patents

一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器 Download PDF

Info

Publication number
CN115117731A
CN115117731A CN202210683957.5A CN202210683957A CN115117731A CN 115117731 A CN115117731 A CN 115117731A CN 202210683957 A CN202210683957 A CN 202210683957A CN 115117731 A CN115117731 A CN 115117731A
Authority
CN
China
Prior art keywords
area
region
chaotic
gain
laser
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.)
Pending
Application number
CN202210683957.5A
Other languages
English (en)
Inventor
张明江
柴萌萌
乔丽君
章宸旸
汪钦
徐红春
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.)
Accelink Technologies Co Ltd
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Accelink Technologies Co Ltd
Taiyuan University of Technology
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 Accelink Technologies Co Ltd, Taiyuan University of Technology filed Critical Accelink Technologies Co Ltd
Priority to CN202210683957.5A priority Critical patent/CN115117731A/zh
Publication of CN115117731A publication Critical patent/CN115117731A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/125—Distributed Bragg reflector [DBR] lasers
    • 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
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • 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
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/1231—Grating growth or overgrowth details
    • 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
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers

Landscapes

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

Abstract

本发明涉及集成混沌激光器技术领域，特别是涉及一种基于分布式布拉格反射光栅的集成式波长可调谐单片混沌半导体激光器，包括集成在同一芯片衬底上，并且依次设置的增益区、分布式布拉格反射光栅区、半导体光放大区和相位区；所述增益区的外侧端面镀有反射膜，所述相位区的外端面镀有反射膜，所述增益区、分布式布拉格反射光栅区、半导体光放大区和相位区对应的电极层之间设置有隔离沟。本发明可以实现混沌激光的波长调谐，输出稳定且工艺简单。

Description

一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器
技术领域
本发明涉及集成混沌激光器技术领域，特别是涉及一种基于分布式布拉格反射光栅的集成式波长可调谐单片混沌半导体激光器。
背景技术
混沌激光具有内在随机性、初值敏感性、低相干性、宽频谱等特性。近年来，混沌激光在保密光通信、超宽带技术、激光雷达、光纤网络故障检测、分布式光纤传感等领域都具有重要的应用价值。
为了进一步提高混沌激光的应用价值，体积小、性能稳定的集成混沌半导体激光器芯片引起了国内外研究者的广泛关注。
波分复用技术(WDM)在光纤通信系统中已经得到了广泛应用，在实际应用中，波分复用光混沌保密系统希望混沌载波的中心波长是大范围连续可调谐的。常用的分布式反馈布拉格(DFB)激光器和垂直腔面发射(VCSEL)激光器的中心波长只能进行热调谐，可调范围较小，难以满足通信系统的要求。中心波长可调谐的混沌激光信号在光网络断点检测与光纤传感监测中也有重要的应用。混沌信号由于其宽带、相关性好等特性可作为理想的雷达和测距信号。以混沌激光作为探测信号的混沌OTDR可解决测量距离和空间分辨率不能兼顾的矛盾，进一步的，为了解决支路多，节点密等问题，可用可调谐混沌信号源代替传统的单路脉冲信号，实现多路检测的同时可以精确定位故障点的位置。
夏光琼等人提出了一种利用光纤布拉格光栅作为弱谐振腔法布里-珀罗激光器的外腔，外接环形光反馈结构产生中心波长可调谐的宽带光混沌信号(中心波长可调谐的宽带混沌信号发生装置，CN201710369230.9)。该结构由分立器件搭建而成，体积较大；何扬等人提出了一种单片集成等效π相移均匀布拉格光栅与等效π相移反对称布拉格光栅的模式可调谐混沌激光器(一种单片集成的模式可调谐混沌激光器、制造和控制方法，CN202110169286.6)，该结构主要用于混沌激光模式的调谐；乔丽君等人提出了一种七段式单片集成DBR激光器互注入的方法来产生中心波长可调谐的宽带混沌信号(波长可调谐的宽带混沌半导体激光器芯片，CN201910373323.8)，但是该结构需要多区集成，制作工艺复杂。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于分布式布拉格反射光栅的波长可调谐单片集成混沌半导体激光器，以实现可调谐混沌激光的稳定输出。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器，包括集成在同一芯片衬底上，并且依次设置的增益区、分布式布拉格反射光栅区、半导体光放大区和相位区；所述增益区的外侧端面镀有反射膜，所述相位区的外端面镀有反射膜，所述增益区、分布式布拉格反射光栅区、半导体光放大区和相位区对应的电极层之间设置有隔离沟。
所述增益区和半导体光放大区对应的有源层采用多量子阱结构。
所述分布式布拉格反射光栅区的上限制层上设置有刻蚀有布拉格光栅。
所述增益区的外侧端面镀有反射率为0.2～0.4的反射膜，所述相位区的外端面镀有反射率为0.3～0.9的反射膜。
所述增益区的外侧端面镀有反射率为0.3的反射膜。
所述增益区、分布式布拉格反射光栅区、半导体光放大区和相位区各自独立供电。
所述半导体光放大区的偏置电流大于阈值电流，小于增益区偏置电流。
所述的一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器，通过调节半导体光放大区的电流，使激光器输出混沌激光。
所述的一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器，通过调节分布式布拉格反射光栅区的偏置电流粗调混沌激光波长，通过调节相位区的偏置电流，细调混沌激光波长。
本发明提出了一种基于分布式布拉格反射光栅的集成式波长可调谐单片宽带混沌半导体激光器，与现有技术相比具有以下有益效果：
第一：本发明的激光器集成了具有反馈结构的有源外腔，在单片集成结构中采用光反馈的方式产生混沌激光。
第二：本发明同时集成了分布式布拉格光栅作为法布里-珀罗激光器的选模器件，实现波长可调谐的混沌激光。
第三：本发明的激光器为单片集成结构，输出稳定且工艺较为简单，更有利于实现混沌激光的实用化。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于分布式布拉格反射光栅的波长可调谐单片集成宽带混沌半导体激光器结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于分布式布拉格反射光栅的波长可调谐单片集成宽带混沌半导体激光器输出的典型的混沌激光输出特性示意图，其中(a)为光谱图，(b)为时序图，(c)为频谱图，(d)为相图；
图3为本发明实施例提供的一种基于分布式布拉格反射光栅的波长可调谐单片集成宽带混沌半导体激光器输出的波长可调谐混沌激光的波长示意图；其中(a)为光谱图，(b)为频谱图；
图4为本发明实施例提供的一种基于分布式布拉格反射光栅的波长可调谐单片集成宽带混沌半导体激光器在调节相位区电流时的波长调谐特性；
图中：1-增益区1，2-分布式布拉格反射光栅区，3-半导体光放大区，4-相位区，5-电极层，6-波导芯层，7-多量子阱结构，8-上限制层，9布拉格光栅，10-衬底层，11下限制层，12-脊波导。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。
如图1所示，本发明一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器，包括集成在同一芯片衬底上，并且依次设置的增益区1、分布式布拉格反射光栅区2、半导体光放大区3和相位区4；所述增益区2的外侧端面镀有反射膜，所述相位区4的外端面镀有反射膜，所述增益区1、分布式布拉格反射光栅区2、半导体光放大区3和相位区4对应的电极层5之间设置有隔离沟。
本实施例中，可调谐混沌半导体激光器的芯片层级结构为常规结构，其包括由下至上依次设置的衬底层10、下限制层11、波导芯层6、上限制层8、盖层(图中未示出)，脊波导12和电极层5。本实施例中，所述增益区1、分布式布拉格反射光栅区2、半导体光放大区3、相位区4顶部分别制作电极，各个区之间的电极之间制作隔离沟，各个区之间的电流控制是独立的，能够控制各个区的偏置电流以控制芯片的输出特性。
本实施例中，所述的增益区1的外侧端面，即图1中的左端面镀反射膜，反射率为0.2～0.4，优选为0.3。在相位区4的外侧端面，即图1中的右端面镀高反射率膜，反射率为0.3～0.9，从而增加相位区4的右端面光反射率，用于调节外腔的反馈强度。
其中，所述的增益区1对应的波导芯层6采用多量子阱结构，在增益区1偏置电流大于其阈值电流的情况下，增益区1出射激光。通过调节增益区1偏置电流可以调节其输出功率。
其中，所述分布式布拉格反射光栅区2的对应的波导芯层6采用无源体材料制作，分布式布拉格反射光栅区2的上限制层8刻蚀有光栅周期为242.2nm的布拉格光栅9，相应的布拉格波长约为1550nm。通过调节分布式布拉格反射光栅区2的偏置电流，可以调节分布式布拉格反射光栅区2的布拉格波长，实现对于多纵模激光中不同模式的选择，从而起到波长调谐的作用。
本实施例中，所述半导体光放大区3用于双向放大光信号。半导体光放大区3的对应的波导芯层6采用InGaAsP材料的多量子阱结构进行制作。半导体光放大区3的增益可以通过调整偏置电流进行调节，偏置电流小于阈值电流时，该区为损耗区；偏置电流等于阈值电流时，该区为透明区；偏置电流大于阈值电流时，该区为放大区。通过调节偏置电流调节半导体光放大区3的增益，能起到调节外腔反馈强度的作用。由增益区1产生光经过半导体光放大区和相位区，部分光由相位区右端反射面反射回到增益区1，为增益区1提供光扰动。
本实施例中，相位区4的波导芯层6采用无源体材料制作，相位区4用于调节右端面反馈的激光的相位。通过调节相位区4的偏置电流，可改变DBR端面反馈光的相位，从而起到对输出混沌激光波长调节的作用。
具体工作时，增益区1提供激光主要增益，调节该区的偏置电流大于阈值电流，该器件实现激光输出。相位区右端高反射膜可以使得器件整体为复合腔结构，具备产生混沌激光的必备条件。具体地，调节半导体光放大区3的偏置电流，使其大于阈值电流，但是小于增益区偏置电流，这样激光器的主要增益只由增益区1提供，但是半导体光放大区3可调控反馈回路中的反馈光强度和相位，在合适的偏置条件下，可产生混沌激光。
如图2所示，本实施例提供的一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器，其输出激光的光谱明显展宽，时序大幅随机振荡，功率谱在0～15GHz范围内抬升，呈现宽频谱特性，时序的相空间复杂遍历有界，是典型的混沌特性。
本实施例中，通过调节分布式布拉格反射光栅区2的偏置电流可对该区有效折射率进行调制从而调节混沌激光波长，偏置电流在0-50mA范围内进行调节，可实现波长在1551.4nm-1564.8nm内调谐，如图3所示，在13.4nm的波长范围内呈现宽频谱特性。
进一步的，本实施例中，在0-15mA范围内调节相位区4的偏置电流，改变反馈相位，可以实现混沌激光波长精细调节和一定范围内的连续调节，如图4所示，调节相区电流，混沌激光的波长可以在0.18nm范围内细调。因此，本发明的一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器，通过分布式布拉格反射光栅区2和相位区4的偏置电流联合控制，可实现混沌激光中心波长大范围调节，最终在增益区1的左端面输出波长可调谐的混沌激光。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器，其特征在于，包括集成在同一芯片衬底上，并且依次设置的增益区(1)、分布式布拉格反射光栅区(2)、半导体光放大区(3)和相位区(4)；所述增益区(2)的外侧端面镀有反射膜，所述相位区(4)的外端面镀有反射膜，所述增益区(1)、分布式布拉格反射光栅区(2)、半导体光放大区(3)和相位区(4)对应的电极层(5)之间设置有隔离沟。
2.根据权利要求1所述的一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器，其特征在于，所述增益区(1)和半导体光放大区(3)对应的有源层(6)采用多量子阱结构(7)。
3.根据权利要求1所述的一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器，其特征在于，所述分布式布拉格反射光栅区(2)的上限制层(8)上设置有刻蚀有布拉格光栅(9)。
4.根据权利要求1所述的一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器，其特征在于，所述增益区(1)的外侧端面镀有反射率为0.2～0.4的反射膜，所述相位区(4)的外端面镀有反射率为0.3～0.9的反射膜。
5.根据权利要求1所述的一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器，其特征在于，所述增益区(1)的外侧端面镀有反射率为0.3的反射膜。
6.根据权利要求1所述的一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器，其特征在于，所述增益区(1)、分布式布拉格反射光栅区(2)、半导体光放大区(3)和相位区(4)各自独立供电。
7.根据权利要求6所述的一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器，其特征在于，所述半导体光放大区(3)的偏置电流大于阈值电流，小于增益区(1)偏置电流。
8.根据权利要求6所述的一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器，其特征在于，通过调节半导体光放大区(3)的电流，使激光器输出混沌激光。
9.根据权利要求7所述的一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器，其特征在于，通过调节分布式布拉格反射光栅区(2)的偏置电流粗调混沌激光波长，通过调节相位区(4)的偏置电流，细调混沌激光波长。
CN202210683957.5A 2022-06-17 2022-06-17 一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器 Pending CN115117731A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210683957.5A CN115117731A (zh) 2022-06-17 2022-06-17 一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210683957.5A CN115117731A (zh) 2022-06-17 2022-06-17 一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115117731A true CN115117731A (zh) 2022-09-27

Family

ID=83328499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210683957.5A Pending CN115117731A (zh) 2022-06-17 2022-06-17 一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115117731A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2622301C (en) Optical phase conjugation laser diode
US8155161B2 (en) Semiconductor laser
US7738527B2 (en) Wavelength switchable semiconductor laser using half-wave coupled active double-ring resonator
US6459709B1 (en) Wavelength-tunable semiconductor laser diode
KR0142437B1 (ko) 반도체 다이오드 레이저
US20050053112A1 (en) Surface emitting dfb laser structures for broadband communication systems and array of same
US4852108A (en) Wavelength tunable semiconductor laser with narrow band-pass active filter region
US5187717A (en) Tunable semiconductor laser
US6882673B1 (en) Mirror structure for reducing the effect of feedback on a VCSEL
EP1454393B1 (en) Phase shifted surface emitting dfb laser structures with gain or absorptive gratings
CN109638645B (zh) 可调谐耦合腔半导体激光器
Fiedler et al. Design of VCSEL's for feedback insensitive data transmission and external cavity active mode-locking
US6680965B2 (en) Semiconductor laser diode and optical communication system
CN105281199B (zh) 频率间隔连续可调的v型耦合腔双波长半导体激光器
JP5001239B2 (ja) 半導体波長可変レーザ
KR102300860B1 (ko) 고출력 위상 천이 분포 궤환 레이저 다이오드
CN115117731A (zh) 一种集成式波长可调谐混沌半导体激光器
JP2004363419A (ja) パルス光源
CN114284861B (zh) 基于互注入联合分布式光栅反馈的光子集成混沌激光器
Engelstaedter et al. Wavelength tunable laser using an interleaved rear reflector
JPH03248130A (ja) 半導体光増幅素子
CN114400501B (zh) 基于分布式布拉格反射光栅的单片集成混沌半导体激光器
WO2023029691A1 (zh) 双波长半导体激光器及其制备方法
Deng et al. Wavelength tunable V-cavity laser employing integrated thin-film heaters
CN115036788A (zh) 一种可产生丰富非线性动态特性的混沌半导体激光器

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