[发明专利]一种非气密性封装的半导体激光器波长调谐方法及激光器

说明书

本发明提供一种非气密性封装的半导体激光器波长调谐方法及激光器，该方法为半导体激光器芯片的材料增益谱于预设工作温度范围△T内的波长重叠范围配置第一波长预留范围，并确定半导体激光器的波长可调谐范围△M，以及，判断△M，并为激光器阵列的覆盖范围延长第二波长预留范围，根据第一、第二波长预留范围设计半导体激光器芯片，以使得在预设工作温度范围△T内，半导体激光器芯片的材料增益谱和激光器阵列的波长覆盖范围始终覆盖预设最小调谐波长λ1至预设最大调谐波长λ2的范围，实现该范围内的调谐，该方案在实现半导体激光器非气密性封装的同时，使得芯片工作温度始终高于管壳外环境温度，且在设定温度范围内，实现较大的波长调谐范围。

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，具体地说，涉及一种采用非 气密性封装，并实现设定温度范围下的设定波长调谐范围内多波段波 长调谐的可调谐半导体激光器的波长调谐方法，及基于该波长调谐方 法的激光器。

背景技术

现有技术下，光接入网络的技术更新是朝着提升网络带宽和网络 灵活性的方向发展的。而提高单根光纤传输带宽的一种较佳方式，是 采用波分复用，尤其是密集波分复用(DWDM)的方式，该方式于光 纤窗口以更密集的信息通道传输更多路的信息，从而实现提高单根光 纤传输容量的目的。例如，PON技术作为光接入网的一种主流形式， 近年来，通过结合波分复用技术优势的波分复用无源光网络 (WDM-PON)，进一步提高了PON技术下网络接入的带宽和灵活度。

波分复用无源光网络是在光网络单元中使用特定波长与光线路终 端设备实现点对点连接，每个连接按照预设的波长进行配置和工作。 而该工作过程中，为输出与光线路实现点对点连接的特定波长光，则 需要使用到可调谐半导体激光器作为光源，从而有效节省波分复用系 统转换器，减少激光器数量，有效降低光通信网络的配置成本，也因 此，可调谐半导体激光器被广泛运用于安防监控、健康监控以及激光 雷达等多个激光传感领域，并起着不可替代的作用。

然而，与其他激光器相比，半导体激光器又存在性能受温度影响 大的缺点，究其原因，是半导体激光器为温度敏感器件所造成的。一 方面，当激光器管壳外部环境温度大范围变化，且变化至高于半导体 激光器内部核心元器件的温度时，则内部器件容易因水汽冷凝而失效； 另一方面，管壳外部环境温度的变化也会相应使得激光器波长随温度 漂移的过程会收到信道的串扰，而这一串扰现象又直接影响到半导体 激光器在密集波分复用(DWDM)系统中的运用。

为了解决上述技术问题，一种容易想到的解决思路，则是在半导 体激光器内引入合适的温控手段，从而使得半导体内部器件能够适应 管壳外部环境温度的变化。例如，现有技术下，密集波分复用系统中 通常采用半导体热电制冷器(TEC)对系统中的光源进行温度控制。 然而，半导体热电制冷器(TEC)本身的制冷功耗较大，且对半导体 激光器制冷时，必须进行气密封装。而气密性封装又为激光器带来了 新的问题包括：因封装增加的设备器件成本，以及器件体积臃肿。 通常理解下，似乎是在DWDM系统下的可调谐半导体激光器上，引 入无气密性要求的温控手段即可。然而，正如前所述，半导体激光器 是一种温度敏感设备，半导体激光器有源区材料增益谱和激光器光栅 选模波长都会随着温度变化而漂移，如若在非气密性封装下，则温控 装置不能对半导体激光器进行制冷，否则会导致水汽冷凝，因此无法 在环境温度变化时对波长精准控制；若需要对激光器波长进行精准控 制，则需要对其加热或制冷，使其在环境温度变化时保持恒定的工作 温度，则需要采用气密性封装。

综上所述，应当对现有技术进行改进，以解决半导体激光器在非 气密性封装的同时，实现在宽温度范围内工作时的波长可调谐问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种通过温控手段，例如可 变热阻，从而使得半导体激光器芯片的工作温度始终高于其所封装成 器件的管壳外部环境温度，实现半导体激光器非气密性封装，从而简 化封装降低成本；另一方面，配合温控装置实现激光波长在预设工作 温度范围内的稳定调谐的非气密性封装的半导体激光器波长调谐方法 及基于该波长调谐方法的激光器。