[发明专利]集成有源反馈腔的半导体激光器芯片

说明书

一种集成有源反馈腔的半导体激光器芯片，包括：直调激光器，设置于所述激光器芯片的一端，用于提供光输出以及模式选择；有源反馈腔，设置于所述激光器芯片的另一端，用于提供光反馈以增加激光器芯片的直调带宽；以及电隔离区，设置于所述直调激光器与有源反馈腔之间，用于实现所述直调激光器与有源反馈腔之间的电隔离；所述集成有源反馈腔的半导体激光器芯片通过直调激光器与有源反馈腔中载流子和光子的相互作用，可以在提高激光器本身弛豫振荡频率的同时利用光‑光共振效应扩展激光器的调制带宽，以一种实用方便的结构实现超高的直调带宽。

技术领域

本公开涉及半导体光电子领域，尤其涉及一种集成有源反馈腔的半导体激光器芯片。

背景技术

进入信息化时代以来，人们对信息的需求一直在不断增长。光纤通信以其极低的传输损耗、低廉的价格、巨大的带宽、较强的抗电磁干扰等性能迅速成为通信网的核心技术，以半导体激光器为基础的单片集成高速光发射芯片作为光通信网络的光源，实现更高的调制带宽是满足更高通信速率的重要手段。半导体激光器作为光纤通信的光源有两种工作方式，一种是直接调制，一种是外部调制器调制。直接调制是通过改变激光器的注入电流直接调制激光器的输出光强；外调制是通过外加调制器对激光器输出的光信号进行调制，目前用的多的是低损耗的铌酸锂调制器和便于与激光器单片集成的电吸收调制器。直接调制半导体激光器由于具有低成本、低功耗、结构简单、便于接收的优点，在接入网、数据中心、超级计算机系统乃至片间和片上等短距离的光通讯系统中都有着巨大的应用市场。

对于一个普通的商用多量子阱DFB激光器，其小信号调制带宽不容易超过20GHz。要想提高激光器的调制带宽，一般采用优化量子阱材料或缩短腔长的方法，然而这些方法都很难突破这个带宽极限。为了进一步提高直调激光器的调制带宽，利用光反馈带来的光-光共振作用对DFB激光器在高频处的电-光响应进行“补偿”是一种可行的方案，德国HHI研究所提出的DFB激光器和无源相区的单片集成结构，通过调节相区电流，实现了34GHz的直调带宽(Kreissl J,Vercesi V,Troppenz U,et al.Up to 40-Gb/s directly modulatedlaser operating at low driving current:Buried-heterostructure passivefeedback laser(BH-PFL)[J].IEEE Photonics Technology Letters,2012,24(5):362.)。然而这种结构的激光器工作特性取决于相区反馈光的强度和相位，这对制备过程中相区腔面位置和腔面镀膜状况非常敏感，将导致器件很低的成品率和苛刻的相区电流调节精度要求。中科院半导体研究所提出了一种DFB激光器(Distributed Feedback Laser-分布反馈激光器)加一个相区和一个放大反馈区的AFL激光器(Amplified Feedback Laser-放大反馈激光器)，可以分别控制光反馈的强度和相位，也实现了27GHz的直调带宽(Yu L,Guo L,Lu D,et al.Modulated bandwidth enhancement in an amplified feedback laser[J].Chinese Optics Letters,2015,13(5):051401-051401.)。但这种结构由于反馈端面较多，不容易实现单模激射，容易在动态调制时产生跳模，且制作过程需要有源无源集成，工艺复杂，成本较高。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种集成有源反馈腔的半导体激光器芯片，其为反馈强度可调，容易实现带宽扩展且结构简单的高速直调半导体激光器芯片，以缓解现有技术中的高速半导体激光器芯片反馈端面较多，不容易实现单模激射，容易在动态调制时产生跳模，且制作过程需要有源无源集成，工艺复杂，成本较高等技术问题。

(二)技术方案