CN1851990A - 带有电吸收光栅结构的q－调制半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有电吸收光栅结构的Q－调制半导体激光器。包含一个λ/4相移的分布反馈光栅，两个相互分离的上电极沉积于光栅顶部，一个电极沉积在激光器基底作为公共地。第一个上电极覆盖了光栅的一部分，包括相移区，通过注入的恒定电流为激光器提供光增益。第二个上电极则覆盖了远离相移区的光栅的剩余部分，作为激光器的Q－调制器。电信号可以加在该第二个上电极来改变带有电吸收光栅结构的调制器区域波导的吸收系数，改变激光器的Q值，从而改变激光阈值和输出功率。本发明的Q－调制半导体激光器具有集成化、高速、高消光比、低波长啁啾和低成本等优点。

Description

带有电吸收光栅结构的Q-调制半导体激光器

技术领域

本发明涉及半导体激光器和调制器，尤其涉及一种与利用电流注入或电吸收效应来改变激光器品质因子的Q-调制器单片集成的四分之一波长相移分布反馈激光器或者分布式布拉格反射激光器。

背景技术

高速半导体激光器和调制器是当今光导纤维通信系统的关键元件。互联网传输量的迅速增加要求这些光学元件能处理更加大的比特率。通过改变激光器的偏置电流来直接进行光信号强度调制是最简单的方法，它不需要一个外部调制器。但是，直接调制的激光器有根本的速度限制，并且还显示瞬变振荡，其频率等于它的弛豫振荡频率。波长啁啾是直接调制激光器的另一问题。当激光器的输入驱动电流改变时，载流体密度以及折射率都随着变化，从而使波长也随着改变。当脉冲上升和下降时激光波长分别向相反方向变化。比特率越高，啁啾越是明显，其效果使激光线宽加宽。由于光纤的色散作用，脉冲变宽现象在更宽的激光线宽情况下越是严重，从而限制传输距离。

人们可以让激光器工作在连续波(CW)状态，而用一个外置调制器来调制它。这样可以消除上述瞬变振荡的问题，并减少啁啾。电吸收调制器(EAM)是作为外置调制器的一个很好选择，它通过施加一个电信号来改变它的吸收系数。当调制器是在开的状态时激光器的输出光束能低损耗地穿过调制器，而当调制器是在关的状态时光能量将被大部吸收。这种电吸收调制器与其它调制器比较的优点是：低驱动电压，小尺寸，并且可以与分布反馈(DFB)或分布布拉格反射器(DBR)激光器单片集成。电吸收调制器的结构与激光器非常相似，只是它的有源层禁带带隙稍微不同。另一区别是它是工作在反向偏压状态。当输入数据信号改变调制器的反向偏压，调制器波导的吸收系数改变，从而导致输出光学功率的变化。

虽然相对直接调制激光器电吸收调制器显著改进了啁啾性能，啁啾问题仍然存在，因为折射率变化不可避免地伴随着吸收系数的调制。而且调制器啁啾是动态的，随着实际驱动电压的变化而变化。现在电吸收调制器可提供大约10Gb/s的调制速率，能否达到更高的速度(如40Gb/s以上)而同时不引起相当大的寄生相位调制还不能肯定。而且它的消光比性能不理想，与插入损耗和速率等性能之间存在相互妥协。另外，单片集成的电吸收调制激光器(EML)需要多次外延成长，因此工艺复杂，制造成本昂贵。

另一种调制光的方法是使用马赫-曾特(Mach-Zehnder，简称MZ)干涉仪，用具有强的电光效应的材料(如铌酸锂LiNbO3晶体)制作。通过施加电压改变折射率和光学路径长度，使得光学信号在MZ干涉仪每条道路里传播的相对位相被调制。将二个不同相位调制的光束结合起来就可将相位调制转换成强度调制。如果在两条光路里的相位调制正好大小相等但符号相反，此调制器将无任何啁啾，这意味着输出信号只有强度调制而不存在寄生的相位或频率调制。但是，这种外置调制器是非常昂贵的，且很难与激光器单片集成，目前只用在长距离和超长距离传输系统中。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种带有电吸收光栅结构的Q-调制半导体激光器与高速、低啁啾调制器的单片集成，解决传统半导体激光器和调制器成本高，不易集成，波长啁啾，制作复杂等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

技术方案1：一种带有电吸收光栅结构的Q-调制半导体激光器，包含一个嵌入在有源波导结构中的相移分布反馈光栅，两个相互分离的第一上电极和第二上电极分别覆盖于增益区域和调制器区域的顶部，和一个作为公共接地面的下电极；所述相移分布反馈光栅依次分为第一部分、第二部分和第三部分，其中第一部分和第二部分由相移区隔开；所述沉积于增益区域的第一上电极覆盖所述光栅的第一部分、第二部分及其间的相位区，并将一个恒定电流注入该电极下的有源光波导，为激光器提供所需的光增益，所述覆盖于调制器区域的第二上电极覆盖所述光栅的第三部分，用来提供一个电信号，以改变处于该电极下的光波导的损耗，从而改变激光器的阈值和输出功率。

所述相移分布反馈光栅中的相移等于四分之一波长。

所述相移分布反馈光栅中的相移是通过将相移区一侧的光栅图案相对另一侧进行翻转而形成的。

所述相移分布反馈光栅中的相移是通过一段具有不同有效折射率的相移区波导来构成的。

所述第三部分光栅的周期使得激光器的工作波长位于该光栅的禁带中央区域。

所述调制器区域的光波导损耗是通过正向偏置的电流注入来调制的。

所述调制器区域的光波导损耗是通过反向偏置的电吸收效应来调制的。

技术方案2：一种带有电吸收光栅结构的Q-调制半导体激光器，包含第一分布式布拉格反射光栅，第二分布式布拉格反射光栅，以及位于这两个光栅之间的增益区域；所述的增益区域被夹在第一对电极之间，该第一对电极用来注入恒定电流从而为激光器提供光增益；所述的第二分布式布拉格反射光栅包含一个具有电控吸收性质的调制器区域，该调制器区域被夹在第二对电极之间，该电极用来施加一个电信号以改变前述调制器区域的光损耗，从而改变激光器的阈值和输出功率。

所述调制器区域与增益区域之间是由第二分布式布拉格反射光栅的一部分所隔开的。

所述调制器区域所包含的光栅的周期使得激光器的工作波长位于该光栅禁带的中央区域。

本发明具有的有益效果是：

1.本发明利用一个新的原理机制将半导体激光器与高速、低啁啾Q-调制器单片集成，实现高性能、小尺寸的激光发射器，同时具有与直接调制激光器相类似的低成本和制作简单的优点。

2.本发明有多种不同具体结构形式，包括基于四分之一波长相移分布反馈激光器和分布式布拉格光栅激光器等不同结构。

3.本发明将调制功能与增益功能的区域相分离，后者是被恒流泵浦的，这不仅减少了波长啁啾，也提高了调制速度，因此相对于直接调制或外置电吸收调制器，本发明的调制器长度要短得多，从而有更小的电容，更高的速率。

4.本发明具有集成化、高速、高消光比、低波长啁啾和低成本等优点。

附图说明

图1是基于本发明的第一种实现方法的Q-调制半导体激光器的示意图，其结构带有四分之一波长相移的分布反馈(DFB)光栅。

图2是调制器区域处于透明(开启)和吸收(关闭)状态时，光从增益区一侧入射激光器结构的反射谱。

图3是调制器区域吸收系数分别为i)α＝0；ii)α＝500cm^-1；iii)α＝500cm^-1且折射率增加了0.005时在相移区的调制器一侧的DBR光栅的反射谱(a)及反射相位变化(b)。

图4是调制器区域的吸收系数分别为α＝0，和α＝500cm^-1时激光器结构的透射小信号增益光谱。

图5是激光器的阈值增益系数与调制器吸收系数的函数关系。

图6是调制器分别处于开启(a)和关闭(b)状态时激光器结构中的光强分布。其中相移是由四分之一波长位移产生的。

图7是当调制器处于开启(a)和关闭(b)状态时激光器结构中的光强分布。其中相移是由一个50μm长的具有不同有效折射率的光栅片段实现的。

图8是基于本发明的第二种实现方法的Q-调制半导体激光器的示意图，其结构带有分布式布拉格反射光栅。

具体实施方式

下面根据附图和实施例，详细说明本发明。

本发明的Q-调制半导体激光器有多种不同具体结构，其中激光谐振器可分别基于带有相移的分布反馈(DFB)光栅或分布式布拉格反射(DBR)光栅。

激光谐振器的Q因子或称品质因子是用来衡量有多少来自激光器增益介质的光通过光学谐振器被反馈回来，高的Q因子意味着光在谐振器中传播每个来回受到较小的损失。Q-调制的原理是利用一个可改变谐振器Q因子的装置来改变激光输出光功率，这已经应用在产生周期性短脉冲的调Q染料或固体激光器中。通常实现调Q的现有技术方法包括：在光学谐振腔中使用旋转镜，或使用电光或声光调制器。但这些方法对于微小的半导体激光器来说都不可行。

对于半导体激光器的调制，减少波长啁啾是非常重要的一个需要考虑的方面。在一九八七年五月十九日授权的美国专利4,667,331中R.C.Alferness等描述了在激光谐振腔中放置电调制器的方法，但这种方法并不优越可行，因为除了增加制作复杂程度外，还会引入和直接调制激光器类似的显著的波长啁啾。

在二零零三年二月十一日授权的的美国专利6,519,270中，H.B.Kim and J.J.Hong描述了一个由单模分布反馈激光器与无源光波导区域集成形成的复合腔激光器。通过调制无源波导的折射率，从而调制无源波导后解理面有效反射率的相位，进而调制激光频率，然后通过在激光器前面放置一个象由Mach-Zehnder干涉仪构成的窄带光滤波器，将频率调制转化为强度调制。虽然这个调制器也是放置在激光器的后端，但它改变的并不是激光器的Q值，而只是相位，导致频率的调制而不是强度调制。将频率调制转化为强度调制所需要的窄带滤波器使它很难实际应用于普通的通讯系统，所需要的有源-无源波导集成也使器件的制作变得困难和昂贵。

一篇题为“Q-modulation of a surface emitting laser and an integrated detunedcavity”，S.R.A.Dods，and M.Ogura，IEEE Journal of Quantum Electronics，vol.30，pp.1204-1211，1994的论文描述并分析了与一个失谐谐振腔竖直集成的表面发射垂直腔激光器，通过改变失谐谐振腔中的折射率可以实现激光强度的调制。同样的原理被应用在二零零四年四月十日授权的B.Sartorius and M.Moehrle的美国专利6,215,805中。在以上两个现有技术中，激光器腔的一个反射体是一个微量失谐的谐振腔，它在激光器工作波长上的反射率高度色散，也就是说反射率光谱在激光波长附近展现出一个尖锐的负尖峰。高的反射率色散是必需的，这样失谐的谐振腔中微小的折射率变化就能引起反射体反射率的很大改变，从而调制激光输出。然而，这个现有技术方法有很大的缺陷：1)在近谐振条件下，反射率高度依赖于波长，因此需要根据事先确定的两个谐振腔之间的失谐要求来精确校正它们的谐振波长，这非常困难，对制作也很敏感。2)失谐谐振腔中折射率改变引起的反射率改变伴随着很大的相位改变，这将导致激光波长的很大啁啾。

为克服了先前技术方法的缺陷，本发明人在一项相关的中国发明专利申请(申请号为200610050484.6)中提出了一种新型结构，通过使用一个反谐振腔作为半导体激光器的后反射体，此反射体的反射率可以通过改变反谐振腔内波导材料的光学吸收来改变。与谐振腔相比，反谐振腔的反射率和由光学损耗调制引起的反射率变化对波长的依赖大大减弱，反射率改变时所引起的相位变化也相当小，因此波长啁啾非常低。上述结构中通常需要垂直深刻蚀的空气槽来实现激光谐振腔和调制器反谐振腔的单片集成。

本发明公开另一种Q-调制半导体激光器结构，通过改变后反射器一部分光栅的吸收系数来实现反射率和激光器品质因子的调制，不需要垂直深刻蚀的空气槽。激光器和它后反射器的结构设计使得当反射率改变时其反射相位几乎不变，因此这种实现方法只会引入很小的波长啁啾。其调制机制不需要使用对波长敏感的的谐振腔结构。光损耗的变化可以通过电流注入来实现，可以使用与激光增益介质相同的材料，因此大大简化了制作。下面将详细描述实现以上机制的单片Q-调制半导体激光器结构的细节。

图1是本发明的第一种具体实施结构，它是一个与电吸收Q-调制器单片集成的带有四分之一波长相移的单模分布反馈半导体激光器，包括一个λ/4相移的DFB光栅130，分为增益区域和调制器区域。增益区域包括相移区100，以及位于相移区两侧的带有光栅的波导101和102区。增益区域由第一上电极108覆盖，并被夹在第一上电极108和接地电极120之间。当直流电流通过第一上电极108注入时，增益区域为激光器提供光增益。调制器区域105是一个离开相移区的剩余光栅部分，对激光器起到Q-调制的作用。电信号通过第二上电极110加在调制器区域，通过改变该区域波导的吸收系数来改变激光器的Q值，从而改变阈值电流和输出功率。光束140从增益区域的前端面，也就是与调制器相反的一侧的端面出射。

波导结构一般包括缓冲层116，电泵浦时提供光增益的波导芯层114以及表面覆盖层112，它们都沉积在基底118上。波导芯层114最好包含多量子阱结构，而且各层中有象传统激光器结构层那样适当掺杂。在横截面上，波导被加工成标准的脊型波导，以在水平方向也得到光模式的限制。相互隔绝的上电极108和电极110分别沉积在增益区域和调制器区域的上表面，基底的背面也沉积一层金属电极120作为公共的接地电极。电极对108/120用来为有源的增益区域进行电流注入以提供光增益。电极对110/120用来改变调制器区域波导的吸收系数(利用电流注入或者反向偏压)从而改变激光器的Q值。

在增益区域和调制器区域可以使用不同的波导材料结构使得这两个区域分别得到优化。在实际制作过程中，这可以通过蚀刻-再生长技术或是诸如量子阱混合技术之类的生长后带隙工程来实现。更简单的办法则是采用同样的激光器层状结构，但是施加不同的电压或电流，以得到两个区域不同的性能。增益区域采用强的电流泵浦以产生光增益，调制器区域则在透明(小电流注入)和吸收(零电流注入)两个状态之间变化。

为了阐明本发明Q-调制激光器的工作原理，我们考虑一个具体的实例。在该实例中，光栅的折射率呈矩形分布，且n₁＝3.215，n₂＝3.21(Δn＝0.005)，光栅周期为Λ＝0.2412μm，工作波长为λ＝1550nm。调制区长度L_m＝150μm。增益区总长度为400μm，λ/4相移区距离调制器100μm(也就是说区域101和102的长度分别为L₁＝300μm，和L₂＝100μm)。激光腔Q值可由Q＝λ/Δλ得到，其中Δλ是当增益区域为透明状态时透射率或反射率光谱的谐振峰的线宽。

图2是调制器区域处于透明(开启)和吸收(关闭)状态时，光从增益区域一侧入射到此激光器结构的反射谱。其中，设调制区域吸收系数分别为α＝0(开)，和α＝500cm^-1(关)。两种状态时反射峰的半幅全宽(FWHM)分别为0.1nm和0.37nm，相应的Q值为15500和4189。

相移DFB光栅也可以看作是一个带有由分布式布拉格反射光栅(DBR)构成的两反射镜的法布里-泊罗腔。第一个DBR是在相移区右侧的101区部分，第二个DBR是由在相移区左侧的102区部分以及调制器区域105组成。激光波长由下面的谐振条件决定：

$\frac{4\mathrm{\πn}}{\mathrm{\λ}}(L_p+\frac{\mathrm{\Λ}}{2})+{\mathrm{\Φ}}_1+{\mathrm{\Φ}}_2=2\mathrm{m\π}---\left(1\right)$

上式中n是相移区的平均有效折射率，A＝λ/2n是光栅周期，L_p是相移的量(即区域100的长度)，Ф₁和Ф₂是第一个和第二个DBR相对于相移区的反射相位变化，m是一个整数。DBR光栅存在一个称之为禁带的波长窗口，波长处于此窗口之内的光大部分会被反射。对于在DBR禁带中心的波长，Ф₁＝Ф₂＝0。当m＝1时，L_p＝λ/4n，这对应四分之一波长的相移。上述四分之一波长相移的DFB结构可以通过将相移位置一侧的光栅图样相对于另一侧进行反转来实现，这可以在光栅制作过程中利用极性相反的光刻胶来实现。

图3是由上述102和105区构成的第二个DBR光栅的反射率光谱(a)及其对应的相位变化(b)。光从相移区100入射，调制器区域105的吸收系数分别为α＝0和α＝500cm^-1。从图中我们可以看到调制器的吸收会导致反射峰的极大变化，同时伴随的相位变化在峰值波长(禁带的中心)处却是最小。反射率的变化引起激光腔的Q值的变化，从而改变激光阈值。由(1)式可知，最小的相位改变对应于最小的波长啁啾，这是非常重要的。

在半导体材料中，根据克莱默-克朗宁(Kramer-Kronig)关系，吸收的改变总是伴随着折射率的改变，在某些工作情况下，这个折射率的改变可能是非常大的。它可以用来增强对激光阈值的调制。然而，折射率的变化会导致峰值的移动以及反射相位的变化，增加波长啁啾。在调制器区域和相移区域加入DBR光栅区102(在上述例子中L₂＝100μm)则可以使峰值移动和相位变化最小。图3也给出了当调制器区域处于吸收状态(α＝500cm^-1)，同时伴随的折射率增加0.005时的DBR光栅的反射率光谱和相位变化。折射率变化引起的反射峰移动只有0.35nm。在没有DBR区102的情况下，调制器区反射峰的移动由(2)式计算：

$\mathrm{\Δ\λ}=\frac{\mathrm{\Δn}}{n}\mathrm{\λ}---\left(2\right)$

用上述例子中的参数计算，由此引起的波长移动为Δλ＝1550×0.005/3.215＝2.4nm。因此，在调制器和相移区加入DBR区102可以大大减小波长移动。另外，从图5(b)中可看出，在禁带的中心区域的相位变化也很不显著。随着L₂的减小，峰值移动和相位变化相应增加。另一方面，调制的效率随着L₂的增大而减小。因此，在选择L₂的值的时候我们需要综合考虑，这也取决于光栅的折射率差。

与直接调制的四分之一相移DFB激光器相比，从(1)和(2)式中可知，本发明中的Q-调制激光器的在减小波长啁啾方面有着明显的优点。对于那些直接调制激光器，由于整个激光器结构的折射率都会随着调制电流而改变，由(2)式可得，在上述例子中波长的波动为2.4nm。而在本发明的结构中，由于仅仅调制离开相移区的那一部分光栅的损耗，(1)式中的相移区折射率n和第一DBR区相位Ф₁将保持不变，而只有第二DBR区的相位Ф₂会随着调制电流轻微的变化。但是根据图5(b)，这个相位变化可以通过设计处于调制器区域和相移区之间的102区长度而得以最小化。因此，波长啁啾可以大大地减小。

图4是上述例子中，增益系数为g＝9.25cm^-1，吸收系数分别为α＝0，和α＝500cm^-1的两种调制器状态时激光器结构的透射小信号增益谱。由于在DFB光栅中存在四分之一波长的相位移动，激光波长处于禁带中心。当调制器处于透明状态(α＝0)，激光模式的阈值增益系数为9.25cm^-1。当调制器处于吸收状态，且吸收系数为α＝500cm^-1时，阈值增益系数增大为38cm^-1，而波长仍为λ＝1549.711nm保持不变。如在计算中考虑折射率变化，则阈值增益系数变为41.5cm^-1，而激光波长为1549.745nm处，漂移仅有0.034nm。与传统的直接调制DFB激光器的数纳米的波长啁啾相比，这一数字减少了2个数量级。

调制器区域的两种状态下激光模式阈值的巨大差异表明了利用本发明的Q-调制器损耗变化实现Q-调制是行之有效的办法。当泵浦增益区的恒定电流产生的光增益低于调制器处于吸收状态的激光阈值但却远高于其处于透明状态的激光阈值时，激光器的输出就会受到加在调制器两端电信号的调制。伴随着Q值调制的相位变化只会引起很低的波长啁啾，这个相位变化是小得几乎可以忽略，这是本发明的一个重要优点。

图5给出了激光器的阈值增益系数与调制器吸收系数的函数关系。可以看到当调制器的吸收系数仅为200cm^-1时，这个阈值就有高达300％的的差异。在上述实施方案中，开启状态下调制器区域的有效折射率最好能与增益区域相同。在器件工作时，增益区域由一个相对较强的电流泵浦，以便为激光器提供增益。如果调制器区域和增益区域的波导材料、横截面形状以及光栅周期都一样的话，调制区域在开启状态可以以同样电流密度注入电流。然而，即使是在开启状态下，调制器区域一般没有必要也注入这么大的电流，因为大的电流注入导致大的总驱动功率。一般来说，在开启状态，只要加上能让波导足够透明的电流便足够了。由于增益区域和调制器区域的电流密度不同，这两个区域的有效折射率也会有微小的差异。这个效应可以通过改变调制器区域波导的横截面的形状(如脊宽度)来补偿，也就是在增益区域和调制器区域采用不同的脊宽，另外可以用一个宽度渐变结构来减小过渡损耗。

图6给出了调制器分别处于开启(a)和关闭(b)状态时激光器结构中光强分布，这是在增益系数为g＝8.8cm^-1，吸收系数分别为＝0和α＝500cm^-1时计算得到的。可以看到，在开启状态下，光强从两端向中央呈指数增长，直到在相移位置达到最大。当调制器转到关闭状态时，光强显著的减弱，并且分布也会改变。这种极度不均匀的场分布，特别是在开启状态下相移区尖锐的峰会导致很强的空间烧孔效应和增益饱和。

为了减轻空间烧孔效应，相移可以通过一个有效折射率稍有不同，具有特定长度的波导区来实现。让我们考虑另一个例子，在这个例子中，调制区长度L_m＝150μm，增益区由两个长度为L₁＝250μm和L₂＝100μm DBR区组成，它们被一个长度为L_p＝50μm相移区隔开。相移区有同样的光栅周期Λ＝0.2412μm，不过其有效折射率减小到了3.204，而其它区域的有效折射率则为3.2125。

图7(a)和(b)分别给出了调制器在开启状态(α＝0)和关闭状态(α＝500cm^-1)时的光强分布，计算时所用的增益系数g＝8.2cm^-1。与图8比较，相移区的光强变化变得不太显著。波长λ＝1549.75nm时，激光阈值增益系数在调制器开启状态下为8.6cm^-1，关闭状态(α＝500cm^-1)下为29cm^-1。在本例中，DFB光栅的相移区可以通过不同脊宽的波导，或者通过一个分离的电极注入不同的电流密度来实现。

本发明中，调Q的机制也可以应用于传统的带有均匀光栅的DFB激光器(即不存在相移区)。然而，在这种情况下，调制区的DBR光栅就需要一个与DFB区失谐的禁带。为了能够得到单模，可以使用部分增益耦合的DFB光栅，类似于G.P.Li，T.Makino，和H.Lu在其论文“Simulation and interpretation oflongitudinal-mode behavior in partly gain-coupled InGaAsP/InP multiquantum-wellDFB lasers”，IEEE Photonics Technology Letters，vol.4，no.4，pp.386～388，1993中描述的那样。在这种情况下，激光波长处于DFB禁带的长波方向一侧。根据本发明的思想，调制器区域的光栅需要工作在高反射率状态，处于其禁带中心附近。该一点是非常重要的，因为如图3(b)所示，波长在禁带的中心时，开启状态和关闭状态的相位差异是最小的。因此，DBR调制器区域与DFB增益区域的波长的失谐是有必要的，这样可以减少波长啁啾。波长的失谐可以通过调整横截面波导的结构，例如波导脊宽或者光栅周期来实现。也可以在DFB区和调制区之间加一个固定的或者可调的相位区域从而将激光波长调整到调制器区域DBR光栅的禁带中心。为了减小伴随着损耗调制的折射率变化引起的相位变化和波长漂移，可以在调制器和相位/DFB区之间加入另一个固定电流注入的DBR区。该固定电流注入的DBR区与相位区以及DFB区可以使用一个公共电极共同形成一个增益区，类似于图1中的实施方案。

本发明的Q-调制半导体激光器也可以采用分布式布拉格激光器的形式。图8给出了本发明的另一种实施方案。激光器由两个DBR光栅231和232以及处于这两个光栅之间的增益波导区200组成。包含DBR光栅231的波导区201和包含一部分DBR光栅232的波导区202是无源并且是基本透明的。增益区不包括光栅，它被夹在一对电极208/120之间用来提供光增益。由另一部分DBR光栅232组成的调制器区域205也处于一对电极110/120之间，该电极用来改变其间光波导的光损耗，从而改变Q值以及激光阈值和输出功率。

显然，图10所示方案中的DBR光栅201可以被一个部分反射的解理面代替，这个面可以镀上介质薄膜，也可以不镀。

本发明的Q-调制激光器有很多优点。由于调制功能与增益区域相分离，后者是被恒流泵浦的，这不仅减少了波长啁啾，也提高了调制速度，因为相对于直接调制或外置电吸收调制器，本发明的调制器长度要短得多，从而有更小的电容和更高的速率。相对于放置在输出激光束路径上的电吸收调制器，由于使用Q开关机制本发明调制器的消光比也要高的多，且不需要很长的调制器长度。而且，它并不像外置电吸收调制器那样不可避免地会产生能量损耗。

本发明的实施例只是用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。例如，本发明中的Q调制半导体激光器的结构原理也可以应用于垂直腔表面辐射激光器。

Claims (10)

1.一种带有电吸收光栅结构的Q-调制半导体激光器，其特征在于：包含一个嵌入在有源波导结构中的相移分布反馈光栅，两个相互分离的第一上电极和第二上电极分别覆盖于增益区域和调制器区域的顶部，和一个作为公共接地面的下电极；所述相移分布反馈光栅依次分为第一部分、第二部分和第三部分，其中第一部分和第二部分由相移区隔开；所述沉积于增益区域的第一上电极覆盖所述光栅的第一部分、第二部分及其间的相位区，并将一个恒定电流注入该电极下的有源光波导，为激光器提供所需的光增益，所述覆盖于调制器区域的第二上电极覆盖所述光栅的第三部分，用来提供一个电信号，以改变处于该电极下的光波导的损耗，从而改变激光器的阈值和输出功率。

2.根据权利要求1所述的一种Q-调制半导体激光器，其特征在于：所述相移分布反馈光栅中的相移等于四分之一波长。

3.根据权利要求2所述的一种Q-调制半导体激光器，其特征在于：所述相移分布反馈光栅中的相移是通过将相移区一侧的光栅图案相对另一侧进行翻转而形成的。

4.根据权利要求2所述的一种Q-调制半导体激光器，其特征在于：所述相移分布反馈光栅中的相移是通过一段具有不同有效折射率的相移区波导来构成的。

5.根据权利要求1所述的一种Q-调制半导体激光器，其特征在于：所述第三部分光栅的周期使得激光器的工作波长位于该光栅的禁带中央区域。

6.根据权利要求1所述的一种Q-调制半导体激光器，其特征在于：所述调制器区域的光波导损耗是通过正向偏置的电流注入来调制的。

7.根据权利要求1所述的一种Q-调制半导体激光器，其特征在于：所述调制器区域的光波导损耗是通过反向偏置的电吸收效应来调制的。

8.一种带有电吸收光栅结构的Q-调制半导体激光器，其特征在于：包含第一分布式布拉格反射光栅，第二分布式布拉格反射光栅，以及位于这两个光栅之间的增益区域；所述的增益区域被夹在第一对电极之间，该第一对电极用来注入恒定电流从而为激光器提供光增益；所述的第二分布式布拉格反射光栅包含一个具有电控吸收性质的调制器区域，该调制器区域被夹在第二对电极之间，该电极用来施加一个电信号以改变前述调制器区域的光损耗，从而改变激光器的阈值和输出功率。

9.根据权利要求8所述的一种Q-调制半导体激光器，其特征在于：所述调制器区域与增益区域之间是由第二分布式布拉格反射光栅的一部分所隔开的。

10.根据权利要求8所述的一种Q-调制半导体激光器，其特征在于：所述调制器区域所包含的光栅的周期使得激光器的工作波长位于该光栅禁带的中央区域。

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