DE102020125578A1 - Two-kappa dbr laser - Google Patents

Two-kappa dbr laser Download PDF

Info

Publication number
DE102020125578A1
DE102020125578A1 DE102020125578.0A DE102020125578A DE102020125578A1 DE 102020125578 A1 DE102020125578 A1 DE 102020125578A1 DE 102020125578 A DE102020125578 A DE 102020125578A DE 102020125578 A1 DE102020125578 A1 DE 102020125578A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
dbr
kappa
section
laser
active
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.)
Granted
Application number
DE102020125578.0A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102020125578B4 (de
Inventor
Yasuhiro Matsui
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.)
II VI Delaware Inc
Original Assignee
II VI Delaware Inc
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 II VI Delaware Inc filed Critical II VI Delaware Inc
Publication of DE102020125578A1 publication Critical patent/DE102020125578A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102020125578B4 publication Critical patent/DE102020125578B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/12Construction 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
    • H01S5/125Distributed Bragg reflector [DBR] lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/005Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0071Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for beam steering, e.g. using a mirror outside the cavity to change the beam direction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0287Facet reflectivity
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0427Electrical excitation ; Circuits therefor for applying modulation to the laser
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/0625Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
    • H01S5/06255Controlling the frequency of the radiation
    • H01S5/06256Controlling the frequency of the radiation with DBR-structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/0625Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
    • H01S5/06255Controlling the frequency of the radiation
    • H01S5/06258Controlling the frequency of the radiation with DFB-structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/1021Coupled cavities
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/12Construction 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
    • H01S5/1206Construction 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 having a non constant or multiplicity of periods
    • H01S5/1209Sampled grating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/12Construction 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
    • H01S5/1225Construction 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 with a varying coupling constant along the optical axis
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/12Construction 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
    • H01S5/124Construction 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 incorporating phase shifts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/14External cavity lasers
    • H01S5/141External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/02ASE (amplified spontaneous emission), noise; Reduction thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0265Intensity modulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06226Modulation at ultra-high frequencies
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/065Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
    • H01S5/0651Mode control
    • H01S5/0653Mode suppression, e.g. specific multimode
    • H01S5/0654Single longitudinal mode emission
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/1039Details on the cavity length
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/12Construction 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
    • H01S5/1221Detuning between Bragg wavelength and gain maximum
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34Structure 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

Ein Zwei-Kappa-DBR-Laser umfasst eine aktive Sektion, einen HR-Spiegel, eine erste DBR-Sektion und eine zweite DBR-Sektion. Der HR-Spiegel ist mit einer Rückseite der aktiven Sektion gekoppelt. Die erste DBR-Sektion ist mit einer Vorderseite der aktiven Sektion gekoppelt, wobei die erste DBR-Sektion ein erstes DBR-Gitter mit einem ersten Kappa κ1 besitzt. Die zweite DBR-Sektion ist mit einer Vorderseite der ersten DBR-Sektion so gekoppelt, dass die erste DBR-Sektion zwischen der aktiven Sektion und der zweiten DBR-Sektion positioniert ist. Die zweite DBR-Sektion besitzt ein zweites DBR-Gitter mit einem zweiten Kappa κ2,das kleiner ist als das erste Kappa κ1. Der Zwei-Kappa-DBR-Laser ist dazu ausgebildet, in einer Lasermode zu arbeiten, und hat ein DBR-Reflexionsprofil, das einen DBR-Reflexionspeak aufweist. Die Lasermode ist auf eine langwellige Kante des DBR-Reflexionspeaks ausgerichtet.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen und die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/908,990 , eingereicht am 1. Oktober 2019, und der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/938,151 , eingereicht am 20. November 2019. Die Anmeldung Nr. 62/908,990 und die Anmeldung Nr. 62/938,151 werden jeweils durch Verweis hierin mit aufgenommen.
  • GEBIET
  • Die hier erörterten Ausführungsformen betreffen einen Zwei-Kappa-Laser mit verteiltem Bragg-Reflektor (Zwei-Kappa-DBR-Laser).
  • HINTERGRUND
  • Sofern hierin nicht anders angegeben, sind die hier beschriebenen Materialien nicht Stand der Technik zu den Ansprüchen in der vorliegenden Anmeldung und sind durch die Aufnahme in dieses Kapitel nicht als Stand der Technik zugelassen.
  • Laser sind in einer Reihe von Anwendungen nützlich. Zum Beispiel können Laser im Bereich der optischen Kommunikation eingesetzt werden, um digitale Daten über ein Glasfasernetzwerk zu übertragen. Der Laser kann durch ein Modulationssignal, wie zum Beispiel ein digitales elektronisches Signal, moduliert werden, um ein auf einem Glasfaserkabel übertragenes optisches Signal zu erzeugen. Ein optisch empfindliches Bauelement, wie zum Beispiel eine Photodiode, wird zur Umwandlung des optischen Signals in ein digitales elektronisches Signal verwendet, das durch das Glasfasernetzwerk übertragen wird. Solche Glasfasernetzwerke erlauben es modernen Datenverarbeitungsgeräten, mit hoher Geschwindigkeit und über lange Strecken zu kommunizieren.
  • In verschiedenen Industriezweigen haben Bitraten für die Datenübertragung pro Kanal einen Wert von 100 Gigabit pro Sekunde (Gb/s) überschritten, was eine Senderleistung von über 60 Gigahertz (GHz) Bandbreite (BW) als in der Industrie gesetztes Ziel für das Format ohne Rückkehr nach Null (NRZ-Format) bei 100 Gb/s liefert. Wenngleich einige Elektroabsorptionsmodulatoren gezeigt haben, dass sie an 60 GHz Bandbreite herankommen können, hinkte die Bandbreite von direkt modulierten Lasern (DML) wie zum Beispiel direkt modulierten DFB-Lasern mit ungefähr 30 GHz hinterher.
  • Der hierin beanspruchte Gegenstand ist nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche Nachteile beheben oder die nur in einer der oben beschriebenen Umgebungen funktionieren. Dieser Hintergrund soll vielmehr nur einen beispielhaften Technologiebereich veranschaulichen, wo einige der hierin beschriebenen Implementierungen praktisch angewandt werden können.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Mit dieser Zusammenfassung soll eine Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form eingeführt werden, die nachfolgend in der Ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Diese Zusammenfassung dient nicht dazu, Schlüsselmerkmale oder essentielle Eigenschaften des beanspruchten Gegenstandes zu definieren, und soll auch nicht als Hilfsmittel bei der Ermittlung des Umfangs des beanspruchten Gegenstandes verwendet werden.
  • Einige der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen allgemein einen Zwei-Kappa-DBR-Laser.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Zwei-Kappa-DBR-Laser eine Fabry-Perot-Kavität (FP-Kavität), die einen hochreflektierenden Spiegel (HR-Spiegel), eine erste DBR-Sektion und eine aktive Sektion aufweist. Die aktive Sektion ist zwischen dem HR-Spiegel und der ersten DBR-Sektion positioniert. Die erste DBR-Sektion umfasst ein erstes DBR-Gitter mit einer Länge L1 in einem Bereich von 10 Mikrometern bis 30 Mikrometern, und ein erstes Kappa κ1. κ1L1 liegt in einem Bereich von 0,5 bis 1,0. Der Zwei-Kappa-DBR-Laser umfasst außerdem eine zweite DBR-Sektion, die mit der FP-Kavität gekoppelt ist. Die zweite DBR-Sektion umfasst ein zweites DBR-Gitter mit einem zweiten Kappa κ2, das kleiner ist als das erste Kappa κ1 der ersten DBR-Sektion.
  • Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ein Zwei-Kappa-DBR-Laser eine aktive Sektion, einen HR-Spiegel, eine erste DBR-Sektion und eine zweite DBR-Sektion. Der HR-Spiegel ist mit einer Rückseite der aktiven Sektion gekoppelt. Die erste DBR-Sektion ist mit einer Vorderseite der aktiven Sektion gekoppelt und besitzt ein erstes DBR-Gitter mit einem ersten Kappa κ1. Die zweite DBR-Sektion ist mit einer Vorderseite der ersten DBR-Sektion so gekoppelt, dass die erste DBR-Sektion zwischen der aktiven Sektion und der zweiten DBR-Sektion positioniert ist. Die zweite DBR-Sektion besitzt ein zweites DBR-Gitter mit einem zweiten Kappa κ2,das kleiner ist als das erste Kappa κ1. Der Zwei-Kappa-DBR-Laser ist dazu ausgebildet, auf einer Lasermode zu arbeiten, und hat ein DBR-Reflexionsprofil, das einen DBR-Reflexionspeak aufweist. Die Lasermode ist auf eine langwellige Kante des DBR-Reflexionspeaks ausgerichtet.
  • Figurenliste
  • Um die obigen und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung weiter zu verdeutlichen, wird hier eine detailliertere Beschreibung anhand ihrer speziellen Ausführungsformen geliefert, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es versteht sich, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als deren Umfang einschränkend anzusehen sind. Die Erfindung wird mit weiterer Spezifizität und in ihren Einzelheiten anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben und erläutert. Darin zeigen:
    • 1 zeigt ein beispielhaftes Modulationsspektrum einer aktiven Sektion eines DBR-Lasers anhand eines DBR-Reflexionsprofils einer DBR-Sektion des DBR-Lasers;
    • 2 zeigt ein Beispiel für eine Lasermode und eine Nebenmode eines Lasers mit Photon-zu-Photon-Resonanz (PPR);
    • 3A zeigt ein Beispiel für einen Zwei-Kappa-DBR-Laser;
    • 3B zeigt verschiedene Reflexionsprofile in Verbindung mit dem Zwei-Kappa-DBR-Laser von 3A;
    • 3C zeigt die Verteilungen von reaktiven Photonen während des Laserns bei drei verschiedenen beispielhaften Lasern, die den Zwei-Kappa-DBR-Laser von 3A umfassen;
    • 3D zeigt ein Modulationsspektrum und verschiedene S21-Antworten des Zwei-Kappa-DBR-Lasers von 3A;
    • 4 zeigt ein Beispiel für einen Split-Contact-DR-Laser;
    • 5 zeigt ein weiteres Beispiel für einen Zwei-Kappa-DBR-Laser; und
    • 6 zeigt die Modulationsantwort und die PPR-Durchstimmbarkeit des Split-Contact-DR-Lasers von 4,
  • alle in der Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON EINIGEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft das am 28. August 2018 erteilte US-Patent Nr. 10,063,032 , das durch Verweis hierin mit einbezogen wird.
  • Ungekühlte DBR-Laser mit 53 Gbaud (100 Gb) PAM4 benötigen ausreichend Verstärkungslänge (~ 100 Mikrometer), um ihre Leistung bei hoher Temperatur zu verbessern. Gleichzeitig ist es jedoch bei der Verwendung herkömmlicher DBR-Laser mit gleichförmiger Gitterkonstruktion schwierig, ein gutes Nebenmode-Unterdrückungsverhältnis (SMSR) und hohe Geschwindigkeit zu erzielen. Einige hierin beschriebene Ausführungsformen umfassen einen Zwei-Kappa-DBR-Laser, der gleichzeitig ein gutes SMSR und eine schnelle Funktionsweise bietet.
  • Anhand der Zeichnungen werden nun die verschiedenen Ausgestaltungen von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es versteht sich, dass die Zeichnungen skizzenhafte und schematische Darstellungen solcher Ausführungsbeispiele sind und die vorliegende Erfindung nicht einschränken, und dass sie auch nicht zwangsläufig maßstabsgerecht gezeichnet sind.
  • 1 zeigt ein beispielhaftes Modulationsspektrum 102 einer aktiven Sektion eines DBR-Lasers anhand eines DBR-Reflexionsprofils 104 einer DBR-Sektion des DBR-Lasers in der Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Wie dargestellt, ist eine Hauptlasermode 106 des Modulationsspektrums 102 auf eine langwellige Kante 108 eines DBR-Reflexionspeaks 110 des DBR-Reflexionsprofils 104 ausgerichtet. Demzufolge erfolgt das Lasern der aktiven Sektion bei einer Frequenz (oder Wellenlänge) der langwelligen Kante des DBR-Sperrbandes.
  • Wenn der DBR-Laser moduliert wird (z.B. durch Modulation der aktiven Sektion), ändert sich die Laserfrequenz aufgrund eines Frequenz-Chirps in Richtung einer kürzeren Wellenlänge, da die Modulation von der Vorspannung für 0 Bit zu der Vorspannung für 1 Bit und in Richtung einer längeren Wellenlänge verläuft, wenn die Modulation von der Vorspannung für 1 Bit zu der für 0 Bit verläuft. Die Frequenz/Wellenlänge der Hauptlasermode 106 für 1 Bit bzw. 0 Bit ist in 1 mit einer entsprechenden vertikalen gestrichelten Linie gekennzeichnet, die jeweils mit 1 oder 0 beschriftet ist.
  • Der durch die Modulation erzeugte Frequenz-Chirp resultiert in einer Änderung der Reflexion, da sich die Hauptlasermode 106 an der langwelligen Kante des Reflexionsprofils 104 auf und ab bewegt. Insbesondere wenn die Modulation von der Vorspannung für 0 Bit zu der für 1 Bit verläuft, verschiebt sich die Wellenlänge der Hauptlasermode 106 in Richtung einer kürzeren Wellenlänge, was zu einer erhöhten Reflexion und somit einem geringeren Kavitätsverlust führt. Wenn die Modulation von der Vorspannung für 1 Bit zu der für 0 Bit verläuft, verschiebt sich die Wellenlänge der Hauptlasermode 106 in Richtung einer längeren Wellenlänge, was zu einer verminderten Reflexion und somit einem höheren Kavitätsverlust führt. Das Reflexionsvermögen des DBR-Bereichs des DBR-Lasers bei den jeweils 1 Bit und 0 Bit entsprechenden Wellenlängen ist in 1 mit einer entsprechenden horizontalen gestrichelten Linie gekennzeichnet, die jeweils mit 1 oder 0 beschriftet ist.
  • Genauer gesagt führt die schnelle Strommodulation der aktiven Sektion des DBR-Lasers zu Schwankungen in der Trägerdichte des DBR-Lasers. Dies führt nicht nur zu Schwankungen der optischen Verstärkung, sondern auch zu Indexschwankungen aufgrund des sogenannten alpha-Parameters des Materials. Diese Verstärkungs- und Indexschwankungen führen wiederum zu einem Anstieg der Intensitäts- und Frequenzschwankungen des Laserlichts. Der relative Betrag der Frequenzmodulation verglichen mit der Intensitätsmodulation des DBR-Lasers wird durch den Chirp-Faktor beschrieben, der auch als alpha-Parameter oder Linienbreitenverbesserungsfaktor der Struktur bezeichnet wird. Wenn der DBR-Laser verstimmt ist, sodass sich die Lasermode 106 auf der langwelligen Kante 108 des DBR-Reflexionspeaks 110 befindet, führt die Indexmodulation zu einer Modulation der Kavitätsverluste, was die effektive Modulation (Nettoverstärkung) des DBR-Lasers vermindert oder erhöht. Laser-Chirp wird somit in eine effektive Verbesserung der Differenzverstärkung umgesetzt, und verbessert somit die Geschwindigkeit des DBR-Lasers. Der Effekt einer Ladeverstimmung beinhaltet den bzw. die Effekte, die unter Modulation auftreten, wenn die Lasermode 106 auf die langwellige Kante 108 des DBR-Reflexionspeaks 110 ausgerichtet ist, was eines oder mehrere von einer effektiven Verbesserung der Differenzverstärkung, einer verbesserten Geschwindigkeit oder einer größeren Bandbreite beinhalten kann.
  • Die Steigung der langwelligen Kante 108 kann eine Größe des Effekts einer Ladeverstimmung bestimmen. Im Allgemeinen kann der Effekt einer Ladeverstimmung bei einer stärkeren Steigung ausgeprägter sein. Die Steigung der langwelligen Kante 108 und die Breite des DBR-Sperrbandes können anhand der Länge und/oder des Kappa eines DBR-Gitters in der DBR-Sektion bestimmt werden. Im Allgemeinen kann zum Beispiel eine größere Länge der DBR-Sektion zu einer steileren langwelligen Kante 108 und einem schmaleren DBR-Sperrband führen. Ferner ist das SMSR umso besser, je schmaler das DBR-Sperrband ist.
  • Bei typischen DBR-Lasern jedoch können „reaktive Photonen“ (auch als „eingesperrte Photonen“ bezeichnet) aufgrund der Ausbildung eines DBR-Gitters mit einer steileren langwelligen Kante 108 und einem schmaleren DBR-Sperrband relativ tief in das DBR-Gitter eindringen. Reaktive Photonen innerhalb der aktiven Sektion können zu einer schnellen Modulation beitragen, während jene außerhalb der aktiven Sektion dies nicht tun. An sich kann eine schnelle Modulation mit einer verbesserten longitudinalen Begrenzung reaktiver Photonen (z.B. weniger tiefes Eindringen) gegenüber dem DBR-Gitter verbessert werden.
  • Die hierin beschriebenen Ausführungsformen können DBR-Laser mit einem hochreflektierenden Spiegel (HR-Spiegel), einer aktiven Sektion und einer ersten und einer zweiten DBR-Sektion umfassen, wobei die erste und die zweite DBR-Sektion jeweils ein entsprechendes erstes bzw. zweites DBR-Gitter mit einem entsprechend verschiedenen ersten bzw. zweiten Kappa haben. DBR-Laser mit zwei verschiedenen DBR-Gittern mit unterschiedlichen Kappas können hierin als Zwei-Kappa-DBR-Laser bezeichnet werden. Die aktive Sektion kann zwischen dem HR-Spiegel und der ersten DBR-Sektion positioniert sein, wobei die vorstehenden Komponenten eine Fabry-Perot-Kavität (FP-Kavität) bilden. Die zweite DBR-Sektion kann mit der ersten DBR-Sektion gekoppelt sein. Die erste DBR-Sektion kann relativ kurz sein und das erste Kappa kann relativ stark sein. Die zweite DBR-Sektion kann relativ lang sein und das zweite Kappa kann relativ schwach sein. Ein Reflexionsprofil der ersten DBR-Sektion kann einen breiten DBR-Reflexionspeak mit einem relativ niedrigen Maximalwert haben. Ein Reflexionsprofil des zweiten DBR kann einen relativ schmalen DBR-Reflexionspeak mit einem relativ hohen Maximalwert und einer relativ starken Steigung an der langwelligen Kante haben. Demzufolge kann der Zwei-Kappa-DBR-Laser insgesamt bei Betrieb mit hoher Geschwindigkeit sowohl ein relativ hohes SMSR und gleichzeitig auch eine relativ geringe Eindringtiefe haben.
  • Die hierin beschriebenen Ausführungsformen können zudem den Effekt der Photon-Photon-Resonanz (PPR) nutzen, um die Leistung zu verbessern. Wenn ein DML wie zum Beispiel ein DFB-Laser oder DBR-Laser moduliert wird, verbreitern die Modulationsseitenbänder das Spektrum des DML um die Hauptlasermode herum. Wenn die Nebenmode der Laserkavität in dem Modulationsspektrum vorhanden ist, können solche Seitenbänder in die Nebenmode eingebunden und resonant verstärkt werden. Diese Situation ist in 2 dargestellt. Dieser Effekt wird als PPR-Effekt bezeichnet und kann die Modulationsantwort bei ungefähr einer Frequenz verbessern, die dem Frequenzunterschied zwischen Haupt- und Nebenmode entspricht. Der Frequenzabstand zwischen der Lasermode und der PPR-Mode kann als PPR-Frequenz bezeichnet werden. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen haben eine PPR-Frequenz im Bereich von 20 GHz bis 80 GHz oder eine andere geeignete PPR-Frequenz.
  • 3A zeigt ein Beispiel für einen Zwei-Kappa-DBR-Laser 300, in der Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Wie dargestellt umfasst der Zwei-Kappa-DBR-Laser 300 eine passive Sektion 302 und eine aktive Sektion 304. Die passive Sektion 302 kann eine Länge in einem Bereich von 120 bis 250 Mikrometern oder mehr haben. Die aktive Sektion 304 kann eine Länge in einem Bereich von 50 bis 150 Mikrometern haben.
  • Die passive Sektion 302 kann eine erste DBR-Sektion 306 und eine zweite DBR-Sektion 308 haben. Die erste DBR-Sektion 306 kann mit einer Vorderseite 307 der aktiven Sektion 304 gekoppelt sein. Die zweite DBR-Sektion 308 kann mit einer Vorderseite 309 der ersten DBR-Sektion 306 gekoppelt sein.
  • Die erste DBR-Sektion 306 kann ein erstes DBR-Gitter 310 mit einem ersten Kappa haben. Die erste DBR-Sektion 306 kann relativ kurz sein, beispielsweise 30 Mikrometer oder weniger, in einem Bereich von 10 bis 30 Mikrometern. In dem Beispiel von 3A kann die Länge der ersten DBR-Sektion 306 15 Mikrometer betragen. Alternativ kann die erste DBR Sektion 306 eine Länge in einem Bereich von 30 bis 100 Mikrometern haben. Das erste Kappa des ersten DBR-Gitters 310 kann relativ stark sein, beispielsweise mindestens 250 pro Zentimeter (cm-1), oder mehr oder weniger als 250 cm-1. In dem Beispiel von 3A kann das erste Kappa des ersten DBR-Gitters 310 500 cm-1 betragen. Bei einigen Ausführungsformen kann das erste DBR-Gitter 310 ein Kappa x Länge bzw. einen Wert κL im Bereich von 0,5 bis 10 haben. Zum Beispiel kann das erste DBR-Gitter 310 eine Länge L von 15 Mikrometern, ein Kappa κ von 500 cm-1 und ein κL von 0,75 haben.
  • Die zweite DBR-Sektion 308 kann ein zweites DBR-Gitter 312 mit einem zweiten Kappa haben. Die zweite DBR-Sektion 306 kann relativ lang sein, beispielsweise 120 Mikrometer oder mehr, oder in einem Bereich von 120 bis 250 Mikrometern. In dem Beispiel von 3A kann die Länge der zweiten DBR-Sektion 308 150 Mikrometer betragen. Das zweite Kappa des zweiten DBR-Gitters 312 kann kleiner sein als das erste Kappa des ersten DBR-Gitters 310. Zum Beispiel kann das zweite Kappa des zweiten DBR-Gitters 312 80 cm-1 oder weniger betragen. Bei einigen Ausführungsformen kann das zweite DBR-Gitter 312 einen κL-Wert in einem Bereich von 0,5 bis 1,0 haben. Zum Beispiel kann das zweite DBR-Gitter 312 eine Länge L von 200 Mikrometern, ein Kappa κ von 43 cm-1 und ein κL von 0,86 haben.
  • Wie in 3A dargestellt, umfasst das zweite DBR-Gitter 312 ein gesampeltes Gitter mit einem effektiven Kappa von 80 cm-1. Im Allgemeinen kann das Kappa eines hierin verwendeten DBR-Gitters das effektive Kappa des DBR-Gitters bezeichnen, das im Falle eines gleichförmigen Gitters mit dem tatsächlichen Kappa identisch sein kann.
  • Die aktive Sektion 304 kann eine Multiquantumwell-Verstärkungsschicht 314 (MQW-Schicht) oder eine andere geeignete Verstärkungsschicht aufweisen und kann dazu ausgebildet sein, auf einer Lasermode zu arbeiten. Bei dem Beispiel von 3A kann die aktive Sektion 304 eine Länge von 50 Mikrometern haben.
  • Ein HR-Spiegel 316, auch als hinterer Spiegel bezeichnet, ist auf einer Rückseite 317, z.B. auf einer hinteren Facette, der aktiven Sektion 304 ausgebildet. Der HR- Spiegel 316 kann mit der Rückseite 317 der aktiven Sektion 304 gekoppelt sein. Der HR-Spiegel 316 kann ein Reflexionsvermögen von 30% oder mehr besitzen. Der HR-Spiegel 316, die aktive Sektion 304 und die erste DBR-Sektion 306 können eine Fabry-Perot-Kavität (FP-Kavität) 318 bilden, was einen longitudinalen Begrenzungsfaktor des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300 im Vergleich zu gleichförmigen DBR-Lasern (z.B. mit einem einzigen Kappa) vergrößern kann. Wenn am Ausgang der FP-Kavität 318 zusätzlich noch die zweite DBR-Sektion 308 vorgesehen ist, erzeugt dies einen Effekt der Ladeverstimmung bei dem Zwei-Kappa-DBR-Laser 300. Demzufolge kann die Modulation der aktiven Sektion 304 den Kavitätsverlust modulieren und die Eigengeschwindigkeit des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300 erhöhen.
  • Wie in 3A dargestellt, kann der Zwei-Kappa-DBR-Laser 300 zusätzlich einen Modulationskontakt 322 und einen ersten und zweiten Vorspannungskontakt 324, 326 aufweisen, die jeweils mit der aktiven Sektion 304, der ersten DBR-Sektion 306 und der zweiten DBR-Sektion 308 elektrisch verbunden sind.
  • Ein Modulationssignal 328 kann durch den Modulationskontakt 322 zu der aktiven Sektion 304 übertragen werden, um die aktive Sektion 304 zu modulieren. Die Modulation der aktiven Sektion 304 kann den Kavitätsverlust des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300 modulieren und eine Träger-Photon-Resonanzfrequenz (Fr) des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300 erhöhen.
  • Ein erstes Vorspannungssignal 330 kann über den ersten Vorspannungskontakt 324 zu der ersten DBR-Sektion übertragen werden. Ein zweites Vorspannungssignal 332 kann über den zweiten Vorspannungskontakt 326 zu der zweiten DBR-Sektion übertragen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Stromdurchstimmung auf einen oder beide von der ersten und der zweiten DBR-Sektion 306, 308 angewandt werden, wie hierin an anderer Stelle bezüglich der Durchstimmung der PPR-Frequenz des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300 beschrieben ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann der Zwei-Kappa-DBR-Laser 300 ferner einen reflexionsarmen Spiegel (LR-Spiegel) aufweisen, der an der Ausgangsfacette der zweiten DBR-Sektion 308 ausgebildet ist, um das SMSR zu verbessern. Der LR-Spiegel kann ein Reflexionsvermögen von z.B. 1% oder weniger besitzen.
  • 3B zeigt ein Reflexionsprofil 334 der ersten DBR-Sektion 306 (nachfolgend das erste DBR-Reflexionsprofil 334), ein Reflexionsprofil 336 der zweiten DBR-Sektion 308 (nachfolgend das zweite DBR-Reflexionsprofil 336), und ein Reflexionsprofil 338 des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300 insgesamt (nachfolgend Reflexionsprofil 338 des Zwei-Kappa-DBR-Lasers), in einer Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Wie mit dem ersten DFB Reflexionsprofil 334 dargestellt, hat die erste DBR-Sektion 306 einen breiten DFB-Reflexionspeak mit einer relativ geringen maximalen Reflexion. Wie mit dem zweiten DBR-Reflexionsprofil 336 dargestellt, hat die zweite DBR-Sektion 308 einen wesentlich schmaleren DFB-Reflexionspeak mit einer relativ steilen langwelligen Kante. Das Reflexionsprofil 338 des Zwei-Kappa-DBR-Lasers ist das kumulierte Reflexionsprofil des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300 aufgrund der Kombination des ersten und zweiten DBR-Reflexionsprofils 334, 336. Wie dargestellt, ist die langwellige Kante des Reflexionsprofils 338 des Zwei-Kappa-DBR-Lasers bei der Lasermode 340 der aktiven Sektion 304 sogar steiler als die langwellige Kante des zweiten DBR-Reflexionsprofils 336. Die langwellige Kante des DFB-Reflexionspeaks des Reflexionsprofils 338 des Zwei-Kappa-DBR-Lasers kann eine Steigung von mindestens 0,002 GHz-1 haben, wie zum Beispiel eine Steigung von etwa 0,006 GHz-1 bei einer Lasermode 340 des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300. Bei einigen Ausführungsformen kann die Steigung im Bereich von 0,002 GHz-1 bis 0,009 GHz-1 liegen.
  • 3B zeigt ferner eine PPR-Mode 342 des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300. Die PPR-Mode 342 kann eine PPR-Frequenz im Bereich von 20 GHz bis 80 GHz haben. Alternativ oder zusätzlich kann die PPR-Frequenz durch Verstimmen der ersten und zweiten DBR-Sektion 306, 308 zueinander mittels Stromdurchstimmung über einen Bereich durchgestimmt sein. Der Durchstimmbereich der PPR-Frequenz kann 20 GHz bis 80 GHz betragen.
  • 3C zeigt Verteilungen 344 von reaktiven Photonen während des Laserns bei drei verschiedenen beispielhaften Lasern, in einer Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Die drei beispielhaften Laser umfassen einen Laser mit verteiltem Reflektor (DR-Laser), wie er in dem Patent 10,063,032 offenbart ist, einen DBR-Laser mit gleichförmigem Kappa und den Zwei-Kappa-DBR-Laser 300 von 3A. In 3C sind die Verteilungen 344 über die aktive Sektion normalisiert. Beschriftungen, z.B. „MQW“ und „DBR“, und Pfeile im oberen Bereich der Graphik der Verteilungen 344 bezeichnen die Lage des MQW oder aktiven Bereichs und eines DBR-Bereichs (bestehend aus der ersten und zweiten DBR-Sektion 306, 308 im Falle des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300) bei allen drei beispielhaften Lasern. Die Verteilungen 344 umfassen eine Verteilung 344A des DR-Lasers, eine Verteilung 344B des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300 und eine Verteilung 344C des DBR-Lasers mit einem gleichförmigen Kappa. Für die Verteilung 344B des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300 entspricht ein Bereich 344D in der DBR-Sektion der ersten DBR-Sektion 306 des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300, wobei ein Rest der DBR-Sektion in der Verteilung 344B der zweiten DBR-Sektion 308 entspricht.
  • Wie mit der Verteilung 344B gezeigt, beschränkt die erste DBR-Sektion 306 im Allgemeinen die reaktiven Photonen auf die aktive Sektion 304. Wie dargestellt, fällt die Verteilung 344B reaktiver Photonen von der aktiven Sektion 304 über die erste DBR-Sektion 306 zu der zweiten DBR-Sektion 308 signifikant ab. In einem Beispiel kann die Verteilung 344 reaktiver Photonen von der aktiven Sektion 304 über die erste DBR-Sektion 306 zu der zweiten DBR-Sektion 308 um mindestens 50% abfallen. Wie mit der Verteilung 344C dargestellt, dringt signifikant mehr Licht in die passive bzw. DBR-Sektion des DBR-Lasers mit gleichförmigem Kappa ein, was die Differenzverstärkung mindert und den DBR-Laser mit gleichförmigem Kappa verlangsamt.
  • 3D zeigt ein Modulationsspektrum 346 und verschiedene S21-Antworten 348 des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300 von 3A, in einer Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Das Modulationsspektrum 346 umfasst die Lasermode 340 und die PPR-Mode 342. Der Frequenzunterschied zwischen der Lasermode 340 und der PPR-Mode 342 kann als PPR-Frequenz bezeichnet werden. Die PPR-Frequenz erscheint in den S21-Antworten 348 als Peaks bei ungefähr 60 GHz.
  • Ausführungsformen des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300 mit einer aktiven Sektion 304 von 50 Mikrometern kann eine 3-dB-Bandbreite bei Raumtemperatur von etwa 30 GHz oder mehr haben, wie zum Beispiel 35 GHz bei 50 Gbaud PAM4, oder sogar 60 GHz oder mehr wie zum Beispiel 65 GHz. Ausführungsformen des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300 mit einer aktiven Sektion 304 von 100 Mikrometern kann eine 3-dB-Bandbreite bei 70°C von 50 GHz oder mehr haben.
  • 4 zeigt ein Beispiel für einen Split-Contact-DR-Laser 400, in einer Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Wie dargestellt umfasst der Split-Contact-DR-Laser 400 eine passive Sektion 402 und eine aktive Sektion 404. Die passive Sektion 402 kann eine Länge von etwa 215 Mikrometern oder eine andere geeignete Länge haben. Die aktive Sektion 404 kann eine Länge von etwa 50 Mikrometern oder eine andere geeignete Länge haben.
  • Die passive Sektion 402 umfasst ein DBR-Gitter 406, z.B. mit einem gleichförmigen Kappa. Die aktive Sektion umfasst ein in oder über einem aktiven Bereich ausgebildetes DFB-Gitter 408, wie zum Beispiel in oder über einer MQW-Schicht 410.
  • Ein HR-Spiegel 412, auch als hinterer Spiegel bezeichnet, ist auf einer hinteren Facette der aktiven Sektion 404 ausgebildet. Der HR-Spiegel 412 kann ein Reflexionsvermögen von 30% oder mehr haben.
  • Eine Antireflexionsbeschichtung (AR-Beschichtung) 414 kann auf einer vorderen Facette der passiven Sektion 402 ausgebildet sein.
  • Wie in 4 dargestellt, kann der Split-Contact-DR-Laser 400 zusätzlich einen Modulationskontakt 416 und einen ersten und zweiten Vorspannungskontakt 418, 420 aufweisen. Der Modulationskontakt 416 ist mit der aktiven Sektion 404 elektrisch verbunden. Der erste Vorspannungskontakt 418 ist mit einem ersten Abschnitt der passiven Sektion 402 elektrisch verbunden, der eine Länge von etwa 140 Mikrometern haben kann. Der zweite Vorspannungskontakt 420 ist mit einem zweiten Abschnitt der passiven Sektion 402 elektrisch verbunden, der eine Länge von etwa 75 Mikrometern haben kann. Ein Modulationssignal 422 kann über den Modulationskontakt 416 zu der aktiven Sektion 404 übertragen werden. Ein erstes Vorspannungssignal 424 kann über den ersten Vorspannungskontakt 418 zu dem ersten Abschnitt der passiven Sektion 402 übertragen werden. Ein zweites Vorspannungssignal 426 kann über den zweiten Vorspannungskontakt 420 zu dem zweiten Abschnitt der passiven Sektion übertragen werden.
  • Eine Stromdurchstimmung kann auf einen oder beide von dem ersten und zweiten Vorspannungskontakt 418, 420 angewandt werden, um die PPR-Frequenz des Split-Contact-DR-Lasers 400 durchzustimmen. Zum Beispiel können der erste und zweite Abschnitt der passiven Sektion 402 durch Anlegen unterschiedlicher Vorspannungssignale 424, 426 an den ersten und zweiten Vorspannungskontakt 418, 420 zueinander durchgestimmt werden, um die PPR-Frequenz des Split-Contact-DR-Lasers 400 durchzustimmen.
  • 5 zeigt ein weiteres Beispiel für einen Zwei-Kappa-DBR-Laser 500, in einer Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Wie dargestellt umfasst der Zwei-Kappa-DBR-Laser 500 eine passive Sektion 502, eine aktive Sektion 504 und optional eine Sektion 506 mit einem optischen Halbleiterverstärker (SOA). Die passive Sektion 502 kann eine Länge von etwa 215 Mikrometern oder eine andere geeignete Länge haben. Die aktive Sektion 504 kann eine Länge von etwa 50 Mikrometern oder eine andere geeignete Länge haben. Die passive Sektion 502 und die aktive Sektion 504 können mit der passiven Sektion 302 und der aktiven Sektion 304 des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 300 von 3 identisch oder dieser ähnlich sein, wenn hierin nichts anderes angegeben ist.
  • Die passive Sektion 502 kann eine erste DBR-Sektion 508 und eine zweite DBR-Sektion 510 umfassen. Die erste DBR-Sektion 508 kann ein erstes DBR-Gitter 512 mit einem ersten Kappa besitzen. Die Länge der ersten DBR-Sektion 508 kann 15 Mikrometer betragen oder eine andere geeignete Länge sein. Die zweite DBR-Sektion 510 kann ein zweites DBR-Gitter 514 mit einem zweiten Kappa haben, das von dem ersten Kappa verschieden und kleiner als dieses ist. Die Länge der zweiten DBR-Sektion 510 kann 200 Mikrometer betragen oder eine andere geeignete Länge sein.
  • Die aktive Sektion 504 umfasst einen aktiven Bereich wie zum Beispiel eine MQW-Schicht 516.
  • Ein HR-Spiegel 518, auch als hinterer Spiegel bezeichnet, ist auf einer Rückseite 519, z.B. auf einer hinteren Facette, der aktiven Sektion 504 ausgebildet. Der HR- Spiegel 518 kann mit der Rückseite 519 der aktiven Sektion 504 gekoppelt sein. Der HR-Spiegel 518 kann ein Reflexionsvermögen von 30% oder mehr besitzen.
  • Eine Antireflexionsbeschichtung (AR-Beschichtung) 520 kann auf einer Vorderseite 521, z.B. auf einer vorderen Facette, der SOA-Sektion 506 ausgebildet sein. Die AR-Beschichtung 520 kann mit der Vorderseite 521 der SOA-Sektion 506 gekoppelt sein.
  • Wie in 5 dargestellt, kann der Zwei-Kappa-DBR-Laser 500 zusätzlich einen Modulationskontakt 522, einen ersten Vorspannungskontakt 524, einen zweiten Vorspannungskontakt 526, einen dritten Vorspannungskontakt 528 und einen vierten Vorspannungskontakt 530 aufweisen. Der Modulationskontakt 522 ist mit der aktiven Sektion 504 elektrisch verbunden. Der erste Vorspannungskontakt 524 ist mit der ersten DBR-Sektion 508 elektrisch verbunden. Der zweite Vorspannungskontakt 526 ist mit einem ersten Abschnitt der zweiten DBR-Sektion 510 elektrisch verbunden, der eine Länge von etwa 140 Mikrometern oder eine andere geeignete Länge haben kann. Der dritte Vorspannungskontakt 528 ist mit einem zweiten Abschnitt der zweiten DBR-Sektion 510 elektrisch verbunden, der eine Länge von etwa 60 Mikrometern oder eine andere geeignete Länge haben kann. Der vierte Vorspannungskontakt 530 ist mit der SOA-Sektion 506 elektrisch verbunden.
  • In 5 hat die zweite DBR-Sektion 510 einen Spreizkontakt (Split Contact), z.B. den zweiten und dritten Vorspannungskontakt 526, 528, im Gegensatz zu einem einzigen Vorspannungskontakt (z.B. dem zweiten Vorspannungskontakt 326) für die zweite DBR-Sektion 308 von 3. Demzufolge kann der Zwei-Kappa-DBR-Laser 500 als Split-Contact-Zwei-Kappa-DBR-Laser 500 bezeichnet werden.
  • Ein Modulationssignal 532 kann über den Modulationskontakt 522 zu der aktiven Sektion 504 übertragen werden. Die Modulation der aktiven Sektion 504 kann den Kavitätsverlust des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 500 modulieren und eine Frequenz Fr des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 500 erhöhen.
  • Ein erstes Vorspannungssignal 534 kann über den ersten Vorspannungskontakt 524 zu der ersten DBR-Sektion 508 übertragen werden. Ein zweites Vorspannungssignal 536 kann über den zweiten Vorspannungskontakt 526 zu dem ersten Abschnitt der zweiten DBR-Sektion 510 übertragen werden. Ein drittes Vorspannungssignal 538 kann über den dritten Vorspannungskontakt 528 zu dem zweiten Abschnitt der zweiten DBR-Sektion 510 übertragen werden. Ein viertes Vorspannungssignal 540 und/oder ein Modulationssignal kann über den vierten Vorspannungskontakt 530 zu der SOA-Sektion 506 übertragen werden.
  • Eine Stromdurchstimmung kann auf einen oder beide von dem zweiten und dritten Vorspannungskontakt 526, 528 angewandt werden, um die PPR-Frequenz des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 500 durchzustimmen. Zum Beispiel können der erste und zweite Abschnitt der zweiten DBR-Sektion 510 der passiven Sektion 502 durch Anlegen eines unterschiedlichen zweiten und dritten Vorspannungssignals 536, 538 an den zweiten und dritten Vorspannungskontakt 526, 528 relativ zueinander durchgestimmt werden, um die PPR-Frequenz des Zwei-Kappa-DBR-Lasers 500 durchzustimmen.
  • 6 zeigt die Modulationsantwort 602 und die PPR-Durchstimmbarkeit 604 des Split-Contact-DR-Lasers 400 von 4, in einer Anordnung gemäß mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform. Split-Contact-Zwei-Kappa-DBR-Laser, wie zum Beispiel der Zwei-Kappa-DBR-Laser 500 von 5, können in ähnlicher Weise eine PPR-Durchstimmbarkeit besitzen. Wie mit der Modulationsantwort 602 dargestellt, kann der Split-Contact-DR-Laser 400 ein Fr von etwa 25 GHz haben.
  • Wie die PPR-Durchstimmbarkeit 604 zeigt, kann die PPR-Frequenz des Split-Contact-DR-Lasers 400 durch Anlegen einer entsprechenden Kombination aus Verstärkungsvorspannung und Stromdurchstimmung an einen oder mehrere von dem ersten Abschnitt der passiven Sektion 402 (in 6 als „DBR1“ bezeichnet) und dem zweiten Abschnitt der passiven Sektion 402 (in 6 als „DBR2“ bezeichnet) zwischen 20 GHz und 80 GHz durchgestimmt werden.
  • Zum Beispiel liegt die PPR-Frequenz bei einer Verstärkungsvorspannung von etwa 38 Milliampere (mA) bis etwa 46 mA, wenn der erste Abschnitt (DBR1) der passiven Sektion 402 mit etwa 4 mA durchgestimmt ist, in einem Bereich von etwa 81 GHz bis etwa 71 GHz, wie aus der obersten Kurve (z.B. die mit elliptischen Punkten markierte Kurve) der PPR-Durchstimmbarkeit 604 hervorgeht. Als weiteres Beispiel liegt die PPR-Frequenz bei einer Verstärkungsvorspannung von etwa 40 mA bis etwa 50 mA, wenn der erste Abschnitt (DBR1) mit etwa 2 mA durchgestimmt ist, in einem Bereich von etwa 71 GHz bis etwa 55 GHz, wie aus der nächsten Kurve (z.B. die mit x-Punkten markierte Kurve) unter der obersten Kurve der PPR-Durchstimmbarkeit 604 hervorgeht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62/908990 [0001]
    • US 62/938151 [0001]
    • US 10063032 [0013]

Claims (20)

  1. Zwei-Kappa-Laser mit verteiltem Bragg-Reflektor (Zwei-Kappa-DBR-Laser), aufweisend: eine Fabry-Perot-Kavität (FP-Kavität), die einen hochreflektierenden Spiegel (HR-Spiegel), eine erste DBR-Sektion und eine zwischen dem HR-Spiegel und der ersten DBR-Sektion positionierte aktive Sektion aufweist, wobei die erste DBR-Sektion ein erstes DBR-Gitter mit einer Länge L1 in einem Bereich von 10 Mikrometern bis 30 Mikrometern und einem ersten Kappa κ1 aufweist, wobei κ1L1 in einem Bereich von 0,5 bis 1,0 liegt; und eine zweite DBR-Sektion, die mit der FP-Kavität gekoppelt ist, wobei die zweite DBR-Sektion ein zweites DBR-Gitter mit einem zweiten Kappa κ2 aufweist, das kleiner ist als das erste Kappa κ1 der ersten DBR-Sektion.
  2. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 1, wobei eine Länge L2 der zweiten DBR-Sektion in einem Bereich von 120 Mikrometern bis 250 Mikrometern liegt und wobei κ2L2 in einem Bereich von 0,5 bis 1,0 liegt.
  3. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 1, wobei: der Zwei-Kappa-DBR-Laser dazu ausgebildet ist, in einer Lasermode zu arbeiten; der Zwei-Kappa-DBR-Laser ein DBR-Reflexionsprofil hat, das einen DBR-Reflexionspeak aufweist; und die Lasermode auf eine langwellige Kante des DBR-Reflexionspeaks ausgerichtet ist.
  4. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 3, wobei die langwellige Kante des DBR-Reflexionspeaks bei der Lasermode eine Steigung größer als 0,002 Gigahertz-1 (GHz-1) hat.
  5. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 1, ferner mit einer Photon-Photon-Resonanzfrequenz in einem Bereich von 20 GHz bis 80 GHz.
  6. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 1, ferner mit einem ersten Vorspannungskontakt, der mit einem ersten Abschnitt der zweiten DBR-Sektion elektrisch verbunden ist, und mit einem zweiten Vorspannungskontakt, der mit einem zweiten Abschnitt der zweiten DBR-Sektion elektrisch verbunden ist, wobei eine Photon-Photon-Resonanzfrequenz des Zwei-Kappa-DBR-Lasers in Reaktion auf das Anlegen eines Durchstimmungsstromes an den ersten Vorspannungskontakt oder den zweiten Vorspannungskontakt durchstimmbar ist.
  7. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 1, wobei eine 3-Dezibel(dB)-Bandbreite des Zwei-Kappa-DBR-Lasers bei Raumtemperatur mindestens 60 Gigahertz beträgt.
  8. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 1, wobei die erste DBR-Sektion während des Laserns dazu ausgebildet ist, reaktive Photonen auf die aktive Sektion zu beschränken.
  9. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 8, wobei eine Verteilung der reaktiven Photonen während des Laserns von der aktiven Sektion über die erste DBR-Sektion zu der zweiten DBR-Sektion um mindestens 50% abfällt.
  10. Zwei-Kappa-Laser mit verteiltem Bragg-Reflektor (Zwei-Kappa-DBR-Laser), aufweisend: eine aktive Sektion; einen hochreflektierenden Spiegel (HR-Spiegel), der mit einer Rückseite der aktiven Sektion gekoppelt ist; eine erste DBR-Sektion, die mit einer Vorderseite der aktiven Sektion gekoppelt ist, wobei die erste DBR-Sektion ein erstes DBR-Gitter mit einem ersten Kappa κ1 besitzt; und eine zweite DBR-Sektion, die so mit einer Vorderseite der ersten DBR-Sektion gekoppelt ist, dass die erste DBR-Sektion zwischen der aktiven Sektion und der zweiten DBR-Sektion positioniert ist, wobei die zweite DBR-Sektion ein zweites DBR-Gitter mit einem zweiten Kappa κ2 hat, das kleiner ist als das erste Kappa κ1, wobei der Zwei-Kappa-DBR-Laser dazu ausgebildet ist, auf einer Lasermode zu arbeiten, und ein DBR-Reflexionsprofil hat, das einen DBR-Reflexionspeak aufweist, und wobei die Lasermode auf eine langwellige Kante des DBR-Reflexionspeaks ausgerichtet ist.
  11. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 10, wobei eine Länge L1 der ersten DBR-Sektion in einem Bereich von 10 Mikrometern bis 30 Mikrometern liegt und κ1L1 in einem Bereich von 0,5 bis 1,0 liegt.
  12. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 10, wobei eine Länge L2 der zweiten DBR-Sektion in einem Bereich von 120 Mikrometern bis 250 Mikrometern liegt und κ2L2 in einem Bereich von 0,5 bis 1,0 liegt.
  13. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 10, wobei die langwellige Kante des DBR-Reflexionspeaks bei der Lasermode eine Steigung von mindestens 0,002 Gigahertz-10 (GHz-10) hat.
  14. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 10, ferner mit einer Photon-Photon-Resonanzfrequenz in einem Bereich von 20 GHz bis 80 GHz.
  15. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 10, ferner mit einem ersten Vorspannungskontakt, der mit einem ersten Abschnitt der zweiten DBR-Sektion elektrisch verbunden ist, und mit einem zweiten Vorspannungskontakt, der mit einem zweiten Abschnitt der zweiten DBR-Sektion elektrisch verbunden ist, wobei eine Photon-Photon-Resonanzfrequenz des Zwei-Kappa-DBR-Lasers durch Anlegen eines Durchstimmungsstromes an den ersten Vorspannungskontakt oder den zweiten Vorspannungskontakt durchstimmbar ist.
  16. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 10, wobei die erste DBR-Sektion während des Laserns dazu ausgebildet ist, reaktive Photonen auf die aktive Sektion zu beschränken.
  17. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 16, wobei während des Laserns eine Verteilung der reaktiven Photonen einen Spitzenwert innerhalb der aktiven Sektion hat, der mindestens das Doppelte eines Wertes der Verteilung an einem beliebigen Ort in der zweiten DBR-Sektion beträgt.
  18. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 10, ferner aufweisend einen Modulationskontakt, der mit der aktiven Sektion gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, ein Modulationssignal zu der aktiven Sektion zu übertragen, um die aktive Sektion zu modulieren, wobei die Modulation der aktiven Sektion den Kavitätsverlust des Zwei-Kappa-DBR-Lasers moduliert und die Träger-Photon-Resonanzfrequenz (Fr) des Zwei-Kappa-DBR-Lasers erhöht.
  19. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 10, ferner aufweisend einen reflexionsarmen Spiegel, der an einer Ausgangsfacette der zweiten DBR-Sektion ausgebildet ist.
  20. Zwei-Kappa-DBR-Laser nach Anspruch 10, ferner aufweisend einen optischen Halbleiterverstärker (SOA), der mit einer Vorderseite der zweiten DBR-Sektion gekoppelt ist.
DE102020125578.0A 2019-10-01 2020-09-30 Zwei-kappa-dbr-laser Active DE102020125578B4 (de)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962908990P 2019-10-01 2019-10-01
US62/908,990 2019-10-01
US201962938151P 2019-11-20 2019-11-20
US62/938,151 2019-11-20
US16/691,553 2019-11-21
US16/691,553 US11233375B2 (en) 2019-10-01 2019-11-21 Two-kappa DBR laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102020125578A1 true DE102020125578A1 (de) 2021-04-15
DE102020125578B4 DE102020125578B4 (de) 2022-12-01

Family

ID=75155695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020125578.0A Active DE102020125578B4 (de) 2019-10-01 2020-09-30 Zwei-kappa-dbr-laser

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11233375B2 (de)
DE (1) DE102020125578B4 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113328339B (zh) * 2021-05-27 2022-11-25 华中科技大学 一种高功率分布反馈激光器

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4908833A (en) 1989-01-27 1990-03-13 American Telephone And Telegraph Company Distributed feedback laser for frequency modulated communication systems
US7457340B2 (en) 2002-01-18 2008-11-25 Wisconsin Alumni Research Foundation High coherent power, two-dimensional surface-emitting semiconductor diode array laser
FR2900509B1 (fr) * 2006-04-28 2008-06-06 Alcatel Sa Dispositif d'emission laser a reflecteurs distribues
KR20100072534A (ko) * 2008-12-22 2010-07-01 한국전자통신연구원 반도체 레이저 장치
JP5387671B2 (ja) 2009-03-05 2014-01-15 富士通株式会社 半導体レーザ及び集積素子
JP5287460B2 (ja) 2009-04-17 2013-09-11 富士通株式会社 半導体レーザ
JP5407526B2 (ja) 2009-04-27 2014-02-05 住友電気工業株式会社 波長可変レーザ、波長可変レーザ装置、及び波長可変レーザ制御方法
CN104412148B (zh) 2012-05-17 2017-10-10 菲尼萨公司 用于无源光网络(pon)应用的直接调制激光器
US9048618B2 (en) 2013-03-12 2015-06-02 Finisar Corporation Short gain cavity distributed bragg reflector laser
JP2016051807A (ja) 2014-08-29 2016-04-11 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 半導体レーザ
JP6487195B2 (ja) 2014-12-09 2019-03-20 日本オクラロ株式会社 半導体光集積素子、半導体光集積素子の製造方法及び光モジュール
WO2017155901A1 (en) 2016-03-06 2017-09-14 Finisar Corporation Distributed reflector laser

Also Published As

Publication number Publication date
US11233375B2 (en) 2022-01-25
US20210098969A1 (en) 2021-04-01
DE102020125578B4 (de) 2022-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4328777B4 (de) Optische Filtervorrichtung
DE60308464T2 (de) Optischer Zwischenverstärker
DE69826088T2 (de) Lasersender mit verminderter Verzerrung
DE60212344T2 (de) Mittels elektroabsorption modulierter laser mit asymmetrischem wellenleiter
EP0187198B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer integriert - optischen Anordnung
DE102009019996B4 (de) DFB Laserdiode mit lateraler Kopplung für große Ausgangsleistungen
DE102014003064A1 (de) Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb eines optischen Modulators
DE602004003429T2 (de) Laserdiode mit einem externen Gitter in einem Wellenleiter
DE4327102A1 (de) Abstimmbares optisches Filter
DE69534989T2 (de) Integriertes optisches Regelelement und Verfahren zu seiner Herstellung und integriertoptisches Element und es verwendende integriertoptische Schaltkreisanordnung
DE69735327T2 (de) Optische Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben
EP0835542B1 (de) Wellenlängen-konverter
DE112008001461T5 (de) Optischer Halbleiterverstärker für einen Diodenlaser mit externen Resonator
WO1998011461A1 (de) Anordnung zum aneinanderkoppeln von wellenleitern
DE3637809A1 (de) Sender fuer kohaerente lichtwellen
DE3590607C2 (de) Optischer Richtungskoppler
EP0563524B1 (de) Optisches Nachrichtenübertragungssystem mit faseroptischen Verstärkern und Regelung der Sender-Wellenlänge
DE60204168T2 (de) Phasenverschobene oberflächenemittierende dfb laserstrukturen mit verstärkenden oder absorbierenden gittern
DE102020125578B4 (de) Zwei-kappa-dbr-laser
DE10201126A1 (de) Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
EP3198750B1 (de) Injektionsmodulator
DE60105154T2 (de) Hochleistungslaser mit gesampeltem gitter und verteiltem bragg-reflektor
DE3406838A1 (de) Gekoppelter kurzhohlraumlaser
DE69936963T2 (de) Vorrichtung zum Regenerieren eines Wellenmultiplexsignales mit einem sättigbaren Absorber
DE60114267T2 (de) Breitbandiger optischer Verstärker mit freiraum Demultiplexierung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final