[实用新型]双波长半导体激光器

说明书

技术领域

本发明主要涉及半导体激光器，特别是用于产生微波载波的集成型双波长半导体激光器。

背景技术

最近宽带光纤上的毫米波传输在新一代的无线接入系统以及本地多点分配服务的应用中得到了极大的关注。它使得许多复杂的系统功能能够在远距离的处理中心实现，而不局限于大量的天线站点上。用于产生以微波频率调制的光学信号的许多不同的技术已经被发展起来。其中最有前景的技术之一是在高速光电探测器上产生的频率间隔为所需毫米波频率的两个光学频率成分的拍频。目前，这一般可以通过合并两个商用的单频激光二极管来实现。为了获得毫米波频率的高稳定性和低相位噪声，需要毫开量级精度的激光温度控制以及像光学锁相环这种技术，但这也增加了复杂性和成本，很难使所产生的毫米波的线宽减小到期望值。

从一个单一的激光器中产生频率间隔为所需毫米波频率的两个波长成分是非常有利的。它可消除任何由于温度波动所产生的影响从而提供了频率稳定的毫米波。我们还希望能够调谐毫米波的频率，即两个激射波长的频率间隔。此外，我们还希望能够将光电探测器集成到同一片芯片上，并且通过锁相装置集成的方式以进一步改善线宽。

本发明的目标是要提供一个单片集成的半导体激光器，它能够同时产生两个波长，这种激光器具有所有上述希望得到的特性，并且有紧凑、制作简单和低成本等优点。

发明内容

根据本发明，一个单片集成的双波长激光器包括：

第一个光学腔，带有两个部分反射元件；

第二个光学腔，带有两个部分反射元件，第二个光学腔与第一个光学腔通过一个共同的部分反射元件耦合起来；

第一个有源波导，它在第一个光学腔内；第二个有源波导，它在第二个光学腔内；前述有源波导均各自夹在一对电极之间，电极用来注入电流以提供光学增益；

一个光学滤波器，用于选择一对激射模，该滤波器至少包含一个带有两个部分反射元件的无源光学腔，此无源光学腔与第二个光学腔通过一个共同的部分反射元件耦合起来。

根据本发明的另一种实现方案，一个单片集成的双波长激光器包括：

第一个有源光学腔，带有两个部分反射元件；所述第一个有源光学腔包含第一个有源波导，此有源波导夹在一对电极之间，电极用来注入电流以提供光学增益；

第二个有源光学腔，带有两个部分反射元件，此有源光学腔与第一个有源光学腔通过一个共同的部分反射元件耦合起来；所述第二个有源光学腔包含第二个有源波导，此有源波导夹在一对电极之间，电极用来注入电流以提供光学增益；

第一个光学滤波器，包含一个带有两个部分反射元件的第一个无源光学腔，此无源光学腔与第一个有源光学腔通过一个共同的部分反射元件耦合起来；

第二个光学滤波器，包含一个带有两个部分反射元件的第二个无源光学腔，此无源光学腔与第二个有源光学腔通过一个共同的部分反射元件耦合起来。

附图说明

图1是在现有技术的基于法-布腔(a)和分布反馈光栅(b)的半导体激光器。波导结构包含基底50、下包层40、有源层30、上包层20，被夹在两个电极10和60之间。(b)中的分布反馈光栅半导体激光器还包含一个分布反馈(DFB)光栅80。

图2是本发明的一种集成双波长激光器的示意图，包括由空气槽150隔开的两个增益谐振腔100和200，以及一个滤波器300构成。被夹在两个电极10和60之间的波导结构包含基底50、下包层40、有源层30和上包层20。

图3是在1550nm波长处空气槽的反射和透射系数作为槽宽的函数。

图4是不带标准具滤波器的两个相互耦合的法-布腔的简化结构。

图5是根据图4的结构得到的阈值以下小信号增益谱的计算结果，相关参数如下：腔长L1＝L2＝428.2um，g1＝g2＝13.75cm^-1(实线)以及g1＝1.63cm^-1，g2＝25.87cm^-1(虚线)。

图6是保持两个腔的增益系数的和不变，两组参数情况下频率差作为第一个光学腔的增益系数g1的函数，(a)L1＝L2＝428.5um，g1+g2＝27.5cm^-1；(b)L1＝L2＝214.3um，g1+g2＝55cm^-1。

图7是一个长度为Lp＝20um，一端终止于解理面，另一端终止于5λ/4空气槽的标准具滤波器的反射谱。

图8是在1550.12nm波长附近的双峰激射阈值下的小信号增益谱计算结果，相关参数如下：L1＝L2＝214.3um，Lp＝20um，g1＝g2＝14.8cm^-1。