[发明专利]单片集成边耦合半导体激光器及多波长激光器阵列的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于光电子技术领域，与分布反馈半导体激光器及激光器阵列有关，涉及边耦合分布反馈半导体激光器及激光器阵列的设计与制作，更具体而言，是基于即重构—等效啁啾和全息曝光制作光栅的边耦合分布反馈半导体激光器的制造方法。

 

背景技术

随着信息通信技术的不断发展，光纤通信已经开始由主干网逐步向个人、办公室和家庭延伸。光纤到楼，光纤到户，光纤到桌的概念已经行程并且开始实现。较之于高层主干网系统，低层的光纤通信系统更为在意商品的成本价格。成本将成为市场成败的关键。通常情况下，光纤通信的光信号均有半导体激光器提供。半导体激光器是光纤通信技术的核心。然而，获得低成本高性能激光器器件及阵列仍旧是一个尚未完全解决的问题。分布反馈（DFB）半导体半导体激光器由于体积小、可靠性高，是光纤通信光信号的重要元件。单片集成模块可提供容量大、体积小、成本低的通信核心设备，从而很大幅度降低封装成本，并实现高性能。单片集成模块上的调制器、探测器响应方式均为宽带响应，实际制造不涉及波长概念，制造相对容易。因此单片集成多波长激光器阵列是实现高性能单片集成模块的最大难点之一。多波长分布反馈（DFB）激光器阵列是单片集成光纤传输模块的核心。同时在通信的许多领域都需要线宽窄、啁啾低、单模特性良好的DFB半导体激光器。单片集成多波长激光器阵列要绝对保证每个激光器均为单模工作，这就需要每个激光器具有复杂结构。因此，尽管单片集成多波长DFB激光器阵列非常重要，但其技术实现难度使其商品化非常困难。

制作低成本DFB激光器的有效手段是使用全息曝光技术形成DFB布拉格（Bragg）光栅。全息曝光是一种成品率很高，成本非常低的光栅制作手段，因此在工业界被广泛使用。但传统的全息曝光技术由于其本身形成原理，只能在大面积区域的平面上形成均匀一维光栅，而不能制作非均匀一维或者二维结构。并且全息曝光技术由于其机械精确性和光学特性问题，只能在平面制作光栅结构，而不能在非平面（例如侧壁或者拐角）制作光栅结构。这使得全息曝光在其应用上受到了一些局限。

基于多波长分布反馈DFB光栅的半导体激光器一般可分为三种：1，具有3次或更多次外延的掩埋异质结（BH）结构；2，具有两次外延的脊条波导（RWG）结构；3，只有一次外延的边耦合（LC）结构。相比而言，边耦合激光器只有1次外延，其成本较之于具有3次或更多次外延的掩埋异质结激光器或者具有2次外延的脊条波导激光器明显更低。因此边耦合激光器在更为重视成本的底层光网络中具有更大优势。

所有基于全息曝光技术的均匀光栅都具有一些共同缺点：首先，全息曝光技术很难做出单片集成的多波长阵列。全息曝光的光栅周期确定，因此无法很轻易的实现对于波长的调整与控制。其次，基于传统全息曝光技术制成的折射率耦合DFB激光器的Bragg光栅是相对简单的均匀结构，因此，理论上全息曝光制成的激光器是具有两个相互竞争的模式。但在实际应用中因为激光器两侧端面反射相位不同，可以实现单模激射。但由于反射相位具有随机性，其单模成品率不高；且高速调制时，其边模抑制比（SMSR）小于20dB，不能满足高速光通信的需要。传统全息曝光技术制成的单个DFB激光器成品率从原理上来讲就比较低，一般为20％左右。因此，基于全息曝光技术制作单片集成的半导体激光器阵列难度非常大。

2004年，一种新的DFB光栅技术，即重构—等效啁啾（Reconstruction-equivalent-chirp)技术（REC技术）诞生。重构—等效啁啾技术包括可以为DFB半导体激光器的提供等效相移（等效相移技术）。等效相移技术实际上是对均匀光栅做选择性采样，并提供相移确保器件性能的方法。采样图形的尺寸在微米量级，可以通过普通光刻工艺实现，因此避免了高成本的复杂工艺环节。通过把边耦合激光器与等效相移技术结合，可以制作出高性能低成本的半导体激光器和激光器阵列。这种基于等效相移技术的边耦合激光器阵列不使用电子束曝光，不需要二次及多次外延，但是能形成单片集成的多波长半导体激光器阵列。从而在制造成本，可靠性，可集成性等方面具有很大优势。

 

发明内容

本发明的目的在于，使用普通全息曝光技术与即重构—等效啁啾技术（等效相移技术）相结合，制作出具有等效相移的采样一级光栅边耦合半导体激光器及激光器阵列。