CN1265520C - 使光波导中增益均匀的变电阻分布反馈激光器 - Google Patents

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Abstract

如分布反馈半导体激光器或半导体调制器之类的一种电光器件(1)包括一个光波导。一层接触层(11)与此光波导接触使电流导入器件供驱动或调制。该接触层连接到电导通道(3)的一端，并可能具有如所看到的垂直于器件表面的那样形状，使得在通道端和光波导各不同区域之间的有一电阻，位置靠近器件两端区域的电阻要高于位于器件中央区域的电阻。接触层的形状可能类似于具有下凹斜边的梯形而且要选择成所产生的变化电阻能使在光波导内沿着纵向具有基本均匀的电功率或增益。

Description

使光波导中增益均匀的变电阻分布反馈激光器
技术领域
本发明涉及分布反馈(DFB)半导体激光器。
背景技术
目前，分布反馈半导体激光器一般用于在光通信网络中的单模光纤上作信号高性能、高速及远距离传输的光源。
DFB激光器包含有构成光波导的不同半导体层，包括单激活层/多激活层，还包括一层光栅。光栅的设计对于获得良好性能至关重要。这种激光器的一个重要参数是kL乘积，这里k是光栅的强度，L是波导的长度。此乘积值越大，阈值电流就越低，激光器的速度也越快。只要制造出DFB激光器的集成阵列，就会在光阵列芯片的制造方面获得高产额。在激光器波导对端的两个面上镀上防反射(AR)涂层就可以实现这一点。但是，当激光器发射的光功率增加时，激光器中可能会出现模式跳变的问题，对于具有高kL值和(或)两端面有AR涂层的激光器尤其如此。其主要原因在于激光器中不均匀的功率分布。激光器中光的驻波图形造成了功率分布的小规模变化。此外沿着整个波导还存在大规模的功率变化，包括当以激光器波导中央为起点接近波导对端时通常出现的功率显著降低。无论是不均匀的小规模功率分布还是大规模功率分布，两者都使激光器中所产生的光的无用光学模式的增益增加。
关于不均匀的大规模功率分布会在下面更详细地介绍。在激光器波导或激光器腔体的对端处光功率降低导致受激复合速率的降低，而且由于接触层中的电阻及与载流子输送相关的效应，与波导的中央区相比，导致有更高的载流子密度，因而也是更高的增益。在端区的高增益又导致无用光学模式有同样的高增益。另一个不利影响包括：增益的变化会造成折射率的变化，因而造成沿激光器波导的布拉格(Bragg)波长的变化。这又反过来降低了对无用光模的抑制和加大了激光器的线宽。减少这些问题的方法包括利用所谓“复耦合”光栅，它可以使增益或损耗沿激光器波导呈周期性的变化。然而，制造这种复耦合光栅是很困难的，而且通常还会既提高阈值电流又增加DFB激光器内部的损耗。
授予KK东芝公司的美国专利5,321,716(Kinoshita等人)中，公开了一种具有控制相移的分布反馈半导体激光器。一种掺杂半导体的欧姆接触层在中央相移区的电阻能够大于或小于其端区。
概述
本发明的目的在于提供一种沿着其波导具有基本上均匀的大规模增益和功率分布的DFB。
发明内容
因此，通常为了避免沿DFB半导体激光器或其它类似器件的波导有不均匀的大规模增益和功率分布，在激光器中采用了变化的电阻，这种电阻沿激光器波导或腔体的纵向改变。特别是电阻以这样的方式变化，即在激光器波导的相对端电阻较大。电阻的选取应使得在光波导内沿其纵向的电功率或增益均匀。
变化的电阻通过传导电流出或入器件的接触层获得。接触层可以如前所述加工图形或给出一选定的形状。接触层沿整个光波导延伸，直到其两相对端，并能有基本均匀的厚度。选择导电层平面中的构形或图案以给出在该层中央连接区和光波导各区域之间的电阻，光波导区中靠近相对端区域的电阻大于位于中央区域的电阻。接触层的构形或图案可以大体上是三角形或是梯形，并可包含从波导的相对端延伸的两个对侧，这两个对侧是凹形的，并且(或者)与纵向构成锐角。
根据本发明，提供一种电光器件，包括
-一光波导，具有纵向方向、两个相对端和一个中央区，以及
-一具有构成接触层的区域的导电层区，该接触层被加到光波导长度上，用于将电流导向该电光器件以激励它，
其特征在于，该接触层
-具有恒定的或均匀的厚度，
-仅在中间连接区域被连接到导电的输入路径，用于将所述电流馈给电光器件以激励它，并且
-在导电层平面内具有构形或图案以便在中间连接区域和光波导在所述纵向方向的不同区域之间提供变化的电阻，使得所述变化的电阻在中间连接区域和光波导所述相对端处区域之间的电阻大于所述中间连接区域和光波导的所述中央区中的区域之间的电阻，采用该变化电阻以在激励电光器件时使光波导内产生的功率或光波导内部的增益在光波导的所述纵向方向恒定或均匀。
本发明的其它目的和优点将在后面介绍，其中的一部分会从这些介绍中明显看出，或者可以通过本发明的实施体会到。本发明的目的和优点可以从所附权利要求中特别指出的方法、过程、手段及其组合中加以实现和获取。
附图说明
虽然本发明的新颖特点会在所附的权利要求中特别阐明，但对本发明的全面理解，无论是对其构成还是内容以及上述和其它的特点，都可以从下文参照附图所陈述的非限定实施方案的下列详细介绍中得到，并对本发明会由此而有更好的理解。在附图中：
图1是对DFB激光器实现电连接的原理示意图，经过所设计欧姆接触层的电连接比起具简单连接的均匀厚度欧姆接触层的激光器给出沿激光器有更均匀的大规模增益分布，以及
图2是从上面观看的具有使得沿激光器有更均匀大规模增益分布的欧姆接触层图形化的DFB半导体激光器示意图。
具体实施方式
在图1的示意图中，1处所示为DFB半导体激光器，它包括未示出的激活层，这些激活层与环绕层一起构成光波导。该激光器还包括未示出的光栅。激光器基本上是一伸长的平板，该平板的纵向沿着纸面，还沿此方向发光，见箭头2。激光器1被连接到一输入电导体通道3上由其向激光器馈入电流Ilaser使它发光。导体通道3有通向激光器各个区域的许多分支，因此激光器的接触层(未示出)被分成彼此沿接触层平面方向无横向电接触的分隔区。在所示实施方案中有三个分支，其中两个分支连接到激光器的对端区，另一个连接到激光器的中央区。在每个分支中，所连接的电阻是经选择的。因此，在通向两端区的分支中，所连接的电阻器5和7分别具有电阻R1和R3；在中央分支，所连接的电阻器9具有电阻R2。为了降低在激光器中大规模功率分布或增益分布的不均匀性，选择电阻要使连接到激光器对端区的通道有较大的电阻，而连接到位置较近中央区的通道有较小的电阻，从而使电阻值从中央区向两个方向去都是增加的。因此，在图1中选择电阻器5、7、9，要使得通向端区的通道具有较大的电阻。也就是说，应满足条件R1＞R2，R3＞R2。
在图2按上述观念绘示的另一实施方案中，激光器本体1的接触层具有基本均匀的厚度和可控的、基本均匀的电阻。加工成图形的接触层构成一电接触层11，在其中，沿着从输入传导通道3到激先器1的不同部分的各导电通道存在有不同的电阻，以便实现有些类似于图1所示的电连接。输入传导通道3基本上垂直于激光器的纵向扩展，并在激光器内某处与其纵轴相交，而且传导通道的边缘也横断于激光器体内。因此，输入传导通道的宽度要小于激光器的长度。于是当从该输入传导通道看过去时，接触层基本上呈三角形或扇出形。如图2所示，它可能更显著地基本上呈一梯形。此梯形的斜边可能是弯曲的线，其下凹的形状给出所要求的变化电阻。也可以将这种形状描述为接触层11在与激光器纵向垂直的方向上所取的宽度，当从接近激光器中央的某点开始向激光器的两端逼近时，这个宽度逐渐地减小。这种形状将给出按所要求的方式变化电阻。
可以利用已知的方法计算位于接触层11下面的激光器1内的功率分布。然后可根据计算出的功率分布、激光器的增益特性和接触层材料的电阻率来确定接触层的最佳几何形状。为此，可以执行以下的步骤：
1.假定对于激光器的工作功率而言有均匀的增益，计算激光器内的功率分布P(z)，这里z是在沿激光器的纵向延伸的坐标轴上所取的坐标值。
2.由功率分布计算受激复合nst。
3.根据测量或计算得到的增益曲线，计算在此受激复合水平下所需要的电流密度J(z)和增益。
4.由电流密度和接触电阻计算沿接触层11的最佳电压分布V(z)。在接触电阻中可能要包括对载流子输运效应的现象上的补偿。
5.根据电压分布以及接触层的薄层或表面电阻或是其材料的电阻率以及它的厚度，计算出要在设计布局中所用的接触层几何形状。
只要对制造DFB半导体激光器的标准工艺稍加改动，就可以生产出具有宽度变化接触层的激光器。经改动的工艺要包括对焊点的金属化有合适的选择并有正确焊点图形的掩模。
改进的接触层电连接或是利用具有变化和适应厚度的接触层也可以用来对诸如半导体调制器之类在沿其长度方向具有不均匀功率的其它半导体器件中的饱和效应进行补偿。这种类型的调制器一般是用作与DFB激光器集成在一起的调制器。
虽然这里图解并说明了本发明的一些具体实施方案，但是应该认识到，对于本领域的技术熟练人员而言，可以容易地想到很多其它优点和修改与变化的方案。因此，本发明在更广阔的层面上并不限于这里所介绍的特别具体的典型器件和图示实例。从而，在不脱离由所附权利要求及其等同意义所规定之一般发明概念的精神或范畴的情况下可能会作出各色各样的修改和变化。故应当领会到，所附权利要求的意图在于涵盖所有这些属于本发明之真正精神与范畴的修改和变化。

Claims (10)

1.一种电光器件，包括
-一光波导，具有纵向方向、两个相对端和一个中央区，以及
-一具有构成接触层的区域的导电层区，该接触层被加到光波导长度上，用于将电流导向该电光器件以激励它，
其特征在于，该接触层
-具有恒定的或均匀的厚度，
-仅在中间连接区域被连接到导电的输入路径，用于将所述电流馈给电光器件以激励它，并且
-在导电层平面内具有构形或图案以便在中间连接区域和光波导在所述纵向方向的不同区域之间提供变化的电阻，使得所述变化的电阻在中间连接区域和光波导所述相对端区域之间的电阻大于所述中间连接区域和光波导的所述中央区区域之间的电阻，采用该变化电阻以在激励电光器件时使光波导内产生的功率或光波导内部的增益在光波导的所述纵向方向恒定或均匀。
2.按照权利要求1的电光器件，其特征在于接触层的构形或图案包括从光波导的所述相对端扩展的两个相对侧面，该相对侧面与光波导的纵向构成锐角。
3.按照权利要求2的电光器件，其特征在于该相对侧面有沿着朝向光波导的所述中央区方向弯曲的凹形。
4.按照权利要求1的电光器件，其特征在于中间连接区域具有与该光波导纵向平行的纵向。
5.按照权利要求1的电光器件，其特征在于接触层的构形或图案与具有两个平行边和两个斜边的梯形的构形或图案相对应，平行边中较长的一边位于并对应于该器件的光波导，而平行边中较短的一边则位于光波导的中间连接区。
6.按照权利要求5的电光器件，其特征在于两个斜边的位置与两个平行边中较长的一边构成锐角。
7.按照权利要求1的电光器件，其特征在于中间连接区域在位于距光波导的所述中央区一段距离处有一细长的形状。
8.按照权利要求7的电光器件，其特征在于中间连接区的细长形状的纵轴平行于光波导的所述纵轴。
9.按照权利要求1-8任何之一的电光器件，其特征在于其是分布反馈半导体激光器。
10.按照权利要求1-8任何之一的电光器件，其特征在于其是半导体调制器。
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