[发明专利]可调谐激光器硅基混合集成及可调谐激光器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可调谐激光器硅基混合集成及可调谐激光器及其制备方法，可调谐激光器硅基混合集成包括硅基衬底以及可调谐面发射水平腔激光器，可调谐面发射水平腔激光器包括外延结构本体，外延结构本体的上端沿波导传输方向间隔设置有长度不同的多段脊型波导，实现不同间距的梳状谱的叠加，外延结构本体的上端设有N电极和多个P电极，外延结构本体的水平腔脊型波导上设有面发射垂直耦合光栅，用于实现水平谐振腔激光的垂直耦合面发射，可调谐面发射激光器倒装在硅基衬底上，硅基衬底上设有的多个焊盘，多个焊盘的上端用于分别与可调谐面发射激光器的N电极、多个P电极一一对应焊接。其通过失谐多阶光栅的垂直耦合以实现面发射与硅基混合集成。

技术领域

本发明属于半导体激光器技术领域及光纤通信技术领域，具体涉及一种可调谐激光器硅基混合集成及可调谐激光器及其制备方法。

背景技术

用户侧ONU设备在大容量接入网中数量众多，低成本的ONU技术在降低接入成本方面具有关键性的作用。在大容量波分时分混合复用光接入网中，要求ONU设备具备“无色”和“兼容”特性，即所有ONU的光模块与波长无关，物理结构保持一致，并且与标准TDM-PON ONU结构保持兼容，这样才可能避免因存在多种型号的ONU设备带来的安装、运营及维护成本增加。在众多具代表性“无色” ONU技术中，注入锁定FP激光器方案工作速率受限，反射式光放大器（RSOA）噪声性能不佳，且两者均需局端供光，系统结构复杂，而且与已建设的TDM-PON设备不兼容。波长可调谐激光器方案性能优越，并且标准TDM-PON在设备和系统层面的兼容最好，是无色ONU光源的最佳技术方案。

按照集成度可将现有可调谐激光器分为单片集成和混合集成两种，单片集成可调谐激光器主要分为可调谐的分布反馈（DFB）激光器阵列、分布布拉格反射器（DBR）激光器；混合集成可调谐激光器主要分为阵列DFB+MEMS 转镜、自由空间光学外腔和集成式外腔可调谐激光器。其中，单片集成的分布布拉格反射DBR激光器主要通过电流注入改变光栅有效折射率，从而实现波长可调谐，主要问题是调谐范围窄且制作难度高，需要多次外延生长和对接耦合，混合集成的DFB+MEMS偏转主要使用机械可移动部件作为波长调节单元的系统部件，其问题在于抗干扰能力差，性能不稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种可调谐激光器硅基混合集成及可调谐激光器及其制备方法，其具有单模出光、宽可调谐范围、易与硅基波导混合集成的面发射的特点，通过多电流注入的游标效应实现波长可调谐和单模出光特性，通过失谐六阶光栅的垂直耦合以实现面发射与硅基混合集成的特性。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种可调谐激光器硅基混合集成，包括硅基衬底以及可调谐面发射水平腔激光器，所述可调谐面发射水平腔激光器包括外延结构本体，所述外延结构本体的上端沿波导传输方向间隔设置有长度不同的多段脊型波导，形成腔长不同的多个FP腔激光器，实现不同间距的梳状谱的叠加，所述外延结构本体的上端设有N电极和多个P电极，P电极与N电极同面设置，多个P电极分别与多段脊型波导一一对应电连接，所述N电极与外延结构本体的衬底电连接，外延结构本体的水平腔脊型波导上设有面发射垂直耦合光栅，用于实现水平谐振腔激光的垂直耦合面发射，所述可调谐面发射激光器倒装在硅基衬底上，所述硅基衬底上设有的多个焊盘，多个焊盘的上端用于分别与可调谐面发射激光器的N电极以及多个P电极一一对应焊接。

进一步地，硅基衬底上设有匹配电路，多个焊盘分别与匹配电路电连接，所述匹配电路用于分别给可调谐面发射激光器的多个P电极提供不同的注入电流，通过电流注入控制和游标效应实现大范围波长可调谐和单模输出。

进一步地，所述硅基衬底上设有垂直耦合光栅、硅基波导，所述垂直耦合光栅用于将激光器发射的光垂直耦合到硅基波导里面去。

进一步地，相邻两段脊型波导之间通过隔离槽隔开，隔离槽内沉积二氧化硅作为电隔离层；外延结构本体上端的脊型波导为三段。