本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器及其制造方法和使用方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體激光器是光纖通信系統(tǒng)中的重要光源。它體積小，效率高，十分適合光纖通信系統(tǒng)中使用。目前光纖通信系統(tǒng)普遍使用波分復(fù)用方式增加單根光纖的通信容量。每一個(gè)通信信道占用一個(gè)半導(dǎo)體激光器，不同信道波長不同。傳統(tǒng)的固定波長半導(dǎo)體激光器每種只能輸出一個(gè)波長，因此在波分復(fù)用系統(tǒng)中，需要為每個(gè)不同的信道準(zhǔn)備不同的半導(dǎo)體激光器，極大的增加了運(yùn)營商的倉儲壓力。因此在波分系統(tǒng)中急需波長可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器。一個(gè)波長可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器可以覆蓋部分或者全部通信信道，減小運(yùn)營商備貨種類，降低運(yùn)營商倉儲壓力及成本。同時(shí)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器還可以廣泛的應(yīng)用于波分復(fù)用系統(tǒng)中各個(gè)光網(wǎng)絡(luò)功能單元內(nèi)，如光分叉復(fù)用器，波長轉(zhuǎn)換器等。因此可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器在光通信系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用。隨著光通信系統(tǒng)的發(fā)展，光子集成器件得到越來越廣泛的應(yīng)用，而可調(diào)諧激光器作為重要的光源單元，在光子集成器件中起著舉足輕重的作用。

傳統(tǒng)的寬可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器分為兩類：一類是利用一組不同波長的DFB激光器構(gòu)成DFB激光器陣列，而后通過集成合波器進(jìn)行合波。一般一個(gè)DFB激光器通過加熱的方式可以實(shí)現(xiàn)3～4nm的波長調(diào)諧，因此要實(shí)現(xiàn)32nm的寬波長調(diào)諧需要采用8～12個(gè)不同波長的DFB激光器。一般該類可調(diào)諧激光器利用MMI合波器進(jìn)行合波，MMI的傳輸效率約為1/N，N為DFB激光器的數(shù)目，因此當(dāng)N很大時(shí)，傳輸效率很低，損耗很大，芯片的功耗很高，并且并聯(lián)器件多，芯片良率低。另一類寬可調(diào)諧激光器主要是SGDBR類可調(diào)諧激光器。一般這類激光器采用兩組光柵，利用兩組光柵的游標(biāo)效應(yīng)進(jìn)行波長的調(diào)諧。由于采用游標(biāo)效應(yīng)，該類激光器的波長調(diào)諧特性特別復(fù)雜，需要利用專用的集成電路芯片對波長進(jìn)行調(diào)控。同時(shí)這種復(fù)雜的二維甚至三維調(diào)控，使得測試過程也變得異常漫長。加大了該類激光器的最終成本。

在可調(diào)諧激光器中還有一種激光器是三段式DBR激光器，該類激光器由于只靠一組光柵進(jìn)行波長調(diào)諧，因此調(diào)諧范圍有限，目前已有的實(shí)物及文獻(xiàn)報(bào)道均未超過20nm。但是該類激光器相比于四段式的SGDBR類激光器具有控制電路簡單，測試成本低等優(yōu)點(diǎn)，在低端應(yīng)用上有一定的價(jià)值。利用多個(gè)不同調(diào)諧范圍的DBR激光器并聯(lián)，利用合波器進(jìn)行合波，可以既保持DBR激光器控制電路簡單的優(yōu)點(diǎn)，又增大激光器的可調(diào)諧范圍。同時(shí)由于單個(gè)DBR激光器調(diào)諧范圍較大，在總調(diào)諧范圍一定的情況下，可以減少DBR激光器的并聯(lián)數(shù)目，降低芯片功耗及復(fù)雜度，提高良率。但是不同調(diào)諧范圍的DBR激光器通常需要利用到布拉格波長不同的光柵，難以通過簡便的全息曝光的方式制作，需要利用電子束曝光等高精度微納加工手段，使得芯片光柵加工成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明人在研究過程中發(fā)現(xiàn)同時(shí)作為陣列器件，一般情況下，單元激光器的各項(xiàng)指標(biāo)及驅(qū)動條件希望相同，過大的差異會加重控制系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，增加信號間的串?dāng)_，劣化信號的傳輸質(zhì)量。

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是不同調(diào)諧范圍的DBR激光器通常需要利用到布拉格波長不同的光柵，難以通過簡便的全息曝光的方式制作，需要利用電子束曝光等高精度微納加工手段，使得芯片光柵加工成本較高、加工效率低。

本發(fā)明進(jìn)一步要解決的技術(shù)問題是提供該可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的制造方法和使用方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

第一方面本發(fā)明提供了一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，包括至少兩個(gè)分布式布拉格反射激光器、一合波器，其中，每一個(gè)分布式布拉格反射激光器包括有源區(qū)結(jié)構(gòu)和光柵區(qū)結(jié)構(gòu)：

每一個(gè)分布式布拉格反射激光器的光柵區(qū)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或者多個(gè)光柵區(qū)，各光柵區(qū)相隔指定長度；

其中，采用具有相同光柵周期的光柵構(gòu)成各分布式布拉格反射激光器中的光柵區(qū)；

在各分布式布拉格反射激光器中，由各自的一光柵區(qū)長度和相應(yīng)光柵區(qū)相隔的一指定長度所構(gòu)成的取樣長度值，是根據(jù)該分布式布拉格反射激光器所要激射的波長所確定；每一個(gè)分布式布拉格反射激光器的有源區(qū)結(jié)構(gòu)和光柵區(qū)結(jié)構(gòu)分別還包括一電極。

優(yōu)選的，每一個(gè)分布式布拉格反射激光器對應(yīng)生成可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器中的一指定波長的激光，則所述取樣長度值是根據(jù)該分布式布拉格反射激光器所要激射的波長所確定，具體包括：

所述取樣長度值的設(shè)定，滿足所述光柵區(qū)結(jié)構(gòu)自身的取樣光柵梳狀反射譜的1級反射峰或-1級反射峰所處的波長，和分布式布拉格反射激光器所要激射的波長相同；各分布式布拉格反射激光器之間的激射波長的間隔小于等于光柵區(qū)結(jié)構(gòu)的調(diào)諧范圍。

優(yōu)選的，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源區(qū)結(jié)構(gòu)和光柵區(qū)結(jié)構(gòu)之間，還包括相位區(qū)結(jié)構(gòu)，具體的：

所述有源區(qū)結(jié)構(gòu)、相位區(qū)結(jié)構(gòu)以及光柵區(qū)結(jié)構(gòu)依序縱向相連，其中，相位區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)置有電極。

優(yōu)選的，所述各分布式布拉格反射激光器的取樣光柵梳狀反射譜之間的1級反射峰的反射率小于5％，或者取樣光柵梳狀反射譜之間的-1級反射峰的反射率小于5％。

第二方面本發(fā)明提供了一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的制造方法，包括：

在晶圓上對用于制作可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的各分布式布拉格反射激光器的有源區(qū)結(jié)構(gòu)部分和/或相位區(qū)結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行掩膜處理，并利用全息曝光法在光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分刻蝕具有相同光柵周期的光柵區(qū)；其中，各分布式布拉格反射激光器中各光柵區(qū)的間隔根據(jù)所要激射的波長設(shè)定；

在所述有源區(qū)結(jié)構(gòu)部分生長完成有源區(qū)結(jié)構(gòu)，在所述已完成光柵區(qū)制作的光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分生長完成光柵區(qū)結(jié)構(gòu)和/或在相位區(qū)結(jié)構(gòu)部分生長完成相位區(qū)結(jié)構(gòu)；

連接所述各分布式布拉格反射激光器和合波器。

優(yōu)選的，所述利用全息曝光法在光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分刻蝕具有相同光柵周期的光柵區(qū)，具體包括：

將光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分對于非光柵區(qū)進(jìn)行掩膜處理；設(shè)置全息曝光的光柵周期為指定值Λ，對所述光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行全息曝光；或者，

設(shè)置全息曝光的光柵周期為指定值Λ，對所述光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行全息曝光，用光刻版進(jìn)行光刻掩蔽，在光柵區(qū)非掩蔽部分利用光刻機(jī)進(jìn)行二次過曝光。

優(yōu)選的，確定所述可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器所包含的各布式布拉格反射激光器的激光波長λ_i，其中i為對應(yīng)各布式布拉格反射激光器的序號，則根據(jù)公式：

L_si＝λ₀²/2n_g|λ_i-λ₀|

求解得到取樣長度值，其中，其中，λ₀＝2Λn_g、Λ為光柵周期、λ₀為光柵梳狀反射譜的0級反射峰的波長；所述取樣長度值是根據(jù)各布式布拉格反射激光器中光柵區(qū)長度值和光柵區(qū)之間間隔值求和得到；

按照所述取樣長度值L_si，生成用于所述非光柵區(qū)掩膜處理的掩膜。

優(yōu)選的，在構(gòu)成可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的各布式布拉格反射激光器的個(gè)數(shù)n為3，且激射波長包括1.56um、1.57um和1.58um時(shí)，設(shè)置光柵區(qū)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)工作狀態(tài)下其有效折射率為3.4，所述方法還包括：

設(shè)置全息曝光的光柵周期Λ為242nm，則λ₀為1.65um，參考公式：

L_si＝λ₀²/2n_g|λ_i-λ₀|

求解得到各激射波長所對應(yīng)的取樣長度為4.45um、5.00um和5.72um；

按照所述取樣長度值，生成用于所述非光柵區(qū)掩膜處理的掩膜。

優(yōu)選的，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述相位區(qū)結(jié)構(gòu)和/或光柵區(qū)結(jié)構(gòu)的電極接觸層設(shè)置有電極；

其中，相位區(qū)結(jié)構(gòu)上電極及光柵區(qū)結(jié)構(gòu)上電極用于對波導(dǎo)進(jìn)行電流注入或者通過加熱的方式改變相位區(qū)波導(dǎo)及光柵區(qū)波導(dǎo)的有效折射率。

第三方面本發(fā)明提供了一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的使用方法，所述使用方法基于上述第一方面中任一所述的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，其中，各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源區(qū)結(jié)構(gòu)和光柵區(qū)結(jié)構(gòu)的電極接觸層分別設(shè)置有電極，所述包括：

給各分布式布拉格反射激光器的有源區(qū)結(jié)構(gòu)的電極供電；

根據(jù)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器中各分布式布拉格反射激光器所需產(chǎn)生的波長值，給各分布式布拉格反射激光器光柵區(qū)結(jié)構(gòu)的電極提供符合其有效折射率需求的電流。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：在本發(fā)明中由于各個(gè)DBR激光器光柵的布拉格波長相同，因此只需要通過一次全息曝光即可制作完成，成本低廉。通過對光柵進(jìn)行不同周期的取樣，實(shí)現(xiàn)不同DBR激光器調(diào)諧起始波長及調(diào)諧范圍的不同。并聯(lián)這些DBR激光器，利用合波器合波至單一波導(dǎo)，可以實(shí)現(xiàn)大范圍可調(diào)諧的功能。既可以拓展DBR激光器的調(diào)諧范圍，也保留了DBR激光器調(diào)諧控制簡單的優(yōu)點(diǎn)。通過發(fā)明中取樣光柵設(shè)計(jì)及有源區(qū)設(shè)計(jì)，可以使得激光器陣列中各個(gè)激光器性能具備高度的一致性。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種取樣光柵反射譜示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種有源區(qū)增益信號及取樣光柵梳狀反射譜之間的關(guān)系示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的組成可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的DBR激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光柵區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種有源區(qū)增益信號及取樣光柵梳狀反射譜之間的關(guān)系示意圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種歸一化取樣光柵反射譜示意圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的取樣光柵梳狀反射譜峰值間隔與取樣周期的關(guān)系圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的制造方法流程圖；

圖11是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的制造方法流程圖；

圖12是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的使用方法流程圖；

圖13是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種波長矯正原理圖。

【具體實(shí)施方式】

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“內(nèi)”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的限制。

此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

在半導(dǎo)體激光器中，激射波長位于閾值增益最低的腔模處。閾值增益受激光器增益介質(zhì)增益及腔內(nèi)損耗及鏡面損耗共同控制，關(guān)系如下：

g_th(λ)＝g(λ)+α_in(λ)+α_m(λ)

其中λ為光波長，gλ)為有源區(qū)的增益信號，α_in(λ)為腔內(nèi)損耗譜，α_m(λ)為鏡面損耗譜，在分布式布拉格反射DBR激光器中，α_m(λ)由DBR光柵反射譜決定。由此可知，我們可以通過對取樣光柵梳狀反射譜中各反射峰位置的調(diào)整，調(diào)整分布式布拉格反射激光器的激射波長。在普通的DBR激光器中，均勻光柵的反射譜只有一個(gè)反射峰，將反射峰移入有源區(qū)的增益信號帶寬內(nèi)，激光器將在反射峰處激射。而在取樣光柵DBR激光器中，反射譜呈梳狀，且強(qiáng)度大小不一(如圖1所示)。一般反射最強(qiáng)烈的在0級反射峰處，其次是+1級反射峰和-1級反射峰。通過調(diào)整0級反射峰和1級反射峰(或-1級反射峰)的位置，以及有源區(qū)產(chǎn)生的增益信號帶寬大小及增益信號的位置，使得0級反射峰處增益很小或者沒有增益，而使得1級反射峰或-1級反射峰波長出的增益值最大。兩者共同作用可以使得1級反射峰或-1級反射峰處的閾值增益最低，從而實(shí)現(xiàn)激光器在1級反射峰或-1級反射峰處激射的目的(如圖2所述，其中1級反射峰相鄰的等幅的虛線反射峰為其調(diào)制后的效果)。而取樣光柵的1級反射峰與0級反射峰的位置(或者取樣光柵的1級反射峰與0級反射峰的位置)如前述可以通過取樣周期的大小靈活調(diào)整，因此可以在0級反射峰位置固定的情況下，調(diào)整DBR激光器的起始激射波長及調(diào)諧范圍。而取樣周期一般比較大，取樣圖案可以通過普通光刻的方式低成本、快速的制得。

由于，在本發(fā)明各實(shí)施例中，1級反射峰和-1級反射峰相比較0級反射峰來說是對稱的關(guān)系，因此，可以基于1級反射峰和0級反射峰之間距離關(guān)系實(shí)現(xiàn)的方法步驟中的功能，同樣適用于調(diào)整-1級反射峰和0級反射峰之間的距離關(guān)系，并依托于-1級反射峰來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)方法步驟中的功能。在本發(fā)明后續(xù)實(shí)施例中，將集中通過1級反射峰和0級反射峰之間的關(guān)系來闡述本發(fā)明實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠基于本發(fā)明實(shí)施例中闡述的方法步驟，無需創(chuàng)造性推理可以將相應(yīng)方案適用與-1級反射峰和0級反射峰之間去，在此不再贅述。

在本發(fā)明各實(shí)施例中，涉及類似光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分、光柵區(qū)結(jié)構(gòu)和光柵區(qū)的描述方式，其中，光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分主要是針對制造方法中，位于晶圓上用于生長成為光柵區(qū)結(jié)構(gòu)的區(qū)域；光柵區(qū)結(jié)構(gòu)是指在可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器中構(gòu)成分布式布拉格反射激光器的必要組成結(jié)構(gòu)，擁有較為完整的電器特性，例如：在具體實(shí)施例中，如圖5所示，光柵區(qū)結(jié)構(gòu)包括：光柵區(qū)、非光柵區(qū)、InP襯底(或者S_iO₂)和電極等等；光柵區(qū)具體指光柵區(qū)結(jié)構(gòu)中分布有連續(xù)光柵的區(qū)域，如圖5所述各光柵區(qū)長度Lg限定的區(qū)域。

實(shí)施例1:

本發(fā)明實(shí)施例1提供了一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，如圖3所示，包括至少兩個(gè)分布式布拉格反射激光器(如圖3所示，包括分布式布拉格反射激光器11、分布式布拉格反射激光器12、分布式布拉格反射激光器13…)、一合波器21(合波器21的選擇可以是多模干涉器MMI、Y分叉波導(dǎo)或者陣列波導(dǎo)光柵AWG)，參考圖4，每一個(gè)分布式布拉格反射激光器包括有源區(qū)結(jié)構(gòu)111和光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112，如圖3-圖5所示：

每一個(gè)分布式布拉格反射激光器的光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112包括一個(gè)或者多個(gè)光柵區(qū)，各光柵區(qū)相隔指定長度。其中，采用具有相同光柵周期Λ的光柵構(gòu)成各分布式布拉格反射激光器中的光柵區(qū)。

所述光柵區(qū)相隔指定長度為圖中取樣長度L_S減去圖中光柵區(qū)長度Lg后獲得，以圖5所示，所述光柵區(qū)相隔指定長度位于光柵區(qū)之間，且未覆蓋光柵的區(qū)域位置。

在各分布式布拉格反射激光器中，由各自的一光柵區(qū)長度和相應(yīng)光柵區(qū)相隔的一指定長度所構(gòu)成的取樣長度值，是根據(jù)該分布式布拉格反射激光器所要激射的波長所確定。

每一個(gè)分布式布拉格反射激光器的有源區(qū)結(jié)構(gòu)和光柵區(qū)結(jié)構(gòu)分別還包括一電極。

其中，組成光柵區(qū)與波導(dǎo)區(qū)采用的材料是三五族半導(dǎo)體材料，或者是硅材料、二氧化硅材料、氮化硅材料及聚合物材料。

在本發(fā)明實(shí)施例中，由于各個(gè)DBR激光器光柵的布拉格波長相同，因此只需要通過一次全息曝光即可制作完成，成本低廉。通過對光柵進(jìn)行不同周期的取樣，實(shí)現(xiàn)不同DBR激光器調(diào)諧起始波長及調(diào)諧范圍的不同。并聯(lián)這些DBR激光器，利用合波器合波至單一波導(dǎo)，可以實(shí)現(xiàn)大范圍可調(diào)諧的功能。既可以拓展DBR激光器的調(diào)諧范圍，也保留了DBR激光器調(diào)諧控制簡單的優(yōu)點(diǎn)。通過發(fā)明中取樣光柵設(shè)計(jì)及有源區(qū)設(shè)計(jì)，可以使得激光器陣列中各個(gè)激光器性能具備高度的一致性。

其中，光柵區(qū)長度Lg和取樣長度Ls的比值為δ＝Lg/Ls，所述δ與取樣光柵梳狀反射譜的反射率成正比，其對應(yīng)關(guān)系為：

R(n)＝tanh²(|K_n|*N*L_s) (1)

其中，R(n)為n級反射峰的反射率，N為取樣周期數(shù)，所述取樣周期由一光柵區(qū)和一光柵區(qū)間隔構(gòu)成，其長度即取樣長度Ls；Kn是n級反射峰的耦合系數(shù)，其求解式如下：

$K_n=K_0*\mathrm{\δ}*\frac{sin\left(\mathrm{\π}n\mathrm{\δ}\right)}{\mathrm{\π}n\mathrm{\δ}}{e}^{-i\mathrm{\π}n\mathrm{\δ}}---\left(2\right)$

其中，K₀是均勻光柵的耦合系數(shù)。

接下來將結(jié)合具體的光柵梳狀反射譜和公式推導(dǎo)，闡述本發(fā)明實(shí)施例中，就每一個(gè)分布式布拉格反射激光器對應(yīng)生成可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器中的一指定波長的激光，則所述取樣長度值是根據(jù)該分布式布拉格反射激光器所要激射的波長所確定，其實(shí)現(xiàn)原理做具體分析如下：

所述取樣長度值的設(shè)定，滿足所述光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112自身的取樣光柵梳狀反射譜的1級反射峰所處的波長和分布式布拉格反射激光器所要激射的波長相同。各分布式布拉格反射激光器之間的激射波長的間隔小于等于光柵區(qū)結(jié)構(gòu)的調(diào)諧范圍。在本發(fā)明實(shí)施例中，為了避免取樣光柵梳狀反射譜的0級反射峰與有源區(qū)結(jié)構(gòu)增益峰相遇而發(fā)生激射，因此，所選擇的光柵周期保證取樣光柵梳狀反射譜的0級反射峰所在波長和對應(yīng)的各分布式布拉格反射激光器的有源區(qū)結(jié)構(gòu)的增益峰波長相差至少50nm。

如圖6所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112的取樣光柵梳狀反射譜的1級反射峰和一種有源區(qū)產(chǎn)生并折射到所述光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112后的增益峰值曲線(如圖6中虛線所示)關(guān)系示意圖。在經(jīng)過諸多實(shí)驗(yàn)和理論研究后，得出如圖6所述光柵梳狀反射譜的0級反射峰所處的波長位置，是由光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112中所生成的光柵的光柵周期Λ所決定。其關(guān)系式滿足λ₀＝2Λn_g，其中，λ₀光柵梳狀反射譜的0級反射峰所處的波長，n_g為光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112的有效折射率。

本發(fā)明在背景技術(shù)中介紹了若采用不同的光柵周期來實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，其原理就是通過生成不同的光柵周期，使得各光柵周期決定的光柵梳狀反射譜的0級反射峰的波長和可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器所需激射的波長相對應(yīng)，但是現(xiàn)有的采用不同的光柵周期來實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器是無法在一次全息曝光過程中實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)有的技術(shù)手段是采用加工耗時(shí)長，加工成本昂貴的電子束光刻的。在此研究基礎(chǔ)上。進(jìn)一步，研究發(fā)現(xiàn)光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112中的取樣長度L_s會對光柵梳狀反射譜的0級反射峰和1級反射峰之間的距離Δλ產(chǎn)生直接影響，如圖7所示，其對應(yīng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系如下式(3)所示：

Δλ＝λ₀²/2n_gL_s (3)

其中，λ₀＝2Λn_g，λ₀光柵梳狀反射譜的0級反射峰所處的波長、Λ為光柵周期、n_g為光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112的有效折射率、Δλ為光柵梳狀反射譜中相鄰能級的間隔距離，如圖8所示，給予了取樣長度Ls與光柵梳狀反射譜中相鄰能級的間隔距離的關(guān)系示意圖?；谏鲜鎏匦?，本發(fā)明實(shí)施例通過滿足所述光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112自身的取樣光柵梳狀反射譜的1級反射峰所處的波長和分布式布拉格反射激光器所要激射的波長相同，確定所述取樣長度Ls。在損失了部分反射率的情況下(即將用于反射從有源區(qū)結(jié)構(gòu)111產(chǎn)生的增益信號，從傳統(tǒng)的0級調(diào)整為1級，如圖7所示)，能夠基于相同的光柵周期，提供不同波長的1級反射峰，從而實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器所需實(shí)現(xiàn)的各波長激光。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的所述可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，在實(shí)現(xiàn)過程中，尤其是根據(jù)公式(3)相關(guān)參數(shù)制造分布式布拉格反射激光器的光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112時(shí)候，未必能夠達(dá)到預(yù)期精確度，因此，為了進(jìn)一步克服上述問題，結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例還存在一種可實(shí)現(xiàn)方案：

所述有源區(qū)結(jié)構(gòu)111和光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112分別設(shè)置有電極；

其中，有源區(qū)結(jié)構(gòu)111上的電極用于有源區(qū)的電流注入，光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112上電極用于對波導(dǎo)進(jìn)行電流注入或者通過加熱的方式改變光柵區(qū)波導(dǎo)的有效折射率。

在本發(fā)明實(shí)施例所提出的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器中，為了能夠達(dá)到各波長上的激光強(qiáng)度的一致性，則通常要求各分布式布拉格反射激光器的取樣光柵梳狀反射譜之間的1級反射峰相差的反射率小于5％。即要求不同分布式布拉格反射激光器的1級反射峰的反射率擁有較好的一致性，從而才能為最終產(chǎn)生的激光強(qiáng)度能夠滿足一致性要求提供保證。

實(shí)施例2:

本發(fā)明實(shí)施例1介紹了一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，并通過結(jié)合背景技術(shù)中闡述的技術(shù)問題的方式，從原理上分析了本發(fā)明所提出的一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的可實(shí)現(xiàn)性，以及就實(shí)現(xiàn)過程中可能遇到的問題和可優(yōu)化的方面進(jìn)行了部分闡述。本發(fā)明實(shí)施例2是在上述實(shí)施例1基礎(chǔ)上，就其最后提到的未必能夠達(dá)到預(yù)期精確度情況，在研究得到通過給光柵區(qū)結(jié)構(gòu)中的電極供電情況下，能夠改變光柵區(qū)結(jié)構(gòu)整體的有效折射率，從而在可控范圍內(nèi)調(diào)整光柵梳狀反射譜各反射峰在小范圍內(nèi)完成平移。因此，提供另一種可實(shí)現(xiàn)方案，相較前者在有源區(qū)結(jié)構(gòu)111和光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112分別設(shè)置有電極的方式，本實(shí)施例所提出的方案能夠?qū)崿F(xiàn)更靈活的調(diào)控，如圖9所示，具體闡述如下：

在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源區(qū)結(jié)構(gòu)111和光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112之間，還包括相位區(qū)結(jié)構(gòu)113，具體的：

所述有源區(qū)結(jié)構(gòu)111、相位區(qū)結(jié)構(gòu)113以及光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112依序縱向相連，其中，相位區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)置有電極1131；

其中，有源區(qū)結(jié)構(gòu)111上的電極用于有源區(qū)的電流注入，相位區(qū)結(jié)構(gòu)上電極及光柵區(qū)結(jié)構(gòu)112上電極用于對波導(dǎo)進(jìn)行電流注入或者通過加熱的方式改變相位區(qū)波導(dǎo)及光柵區(qū)波導(dǎo)的有效折射率。

由于本發(fā)明實(shí)施例2僅從實(shí)現(xiàn)精度上考慮，就實(shí)施例1所提供的方案基礎(chǔ)上，提出了一種可擴(kuò)展的方案。本實(shí)施例所述結(jié)構(gòu)同樣可以和實(shí)施例1中所描述的各細(xì)化的技術(shù)手段結(jié)合實(shí)現(xiàn)，在此不一一贅述。

實(shí)施例3:

在實(shí)施例1提供了一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供了實(shí)施例3：一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的制造方法，所述制造方法可用于制造如實(shí)施例1或者實(shí)施例2所述的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，如圖10所示，所述制造方法包括以下執(zhí)行步驟：

在步驟201中，在晶圓上對用于制作可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的各分布式布拉格反射激光器的有源區(qū)結(jié)構(gòu)部分和/或相位區(qū)結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行掩膜處理，并利用全息曝光法在光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分刻蝕具有相同光柵周期的光柵區(qū)；其中，各分布式布拉格反射激光器中各光柵區(qū)的間隔根據(jù)所要激射的波長設(shè)定；

在步驟202中，在所述有源區(qū)結(jié)構(gòu)部分生長完成有源區(qū)結(jié)構(gòu)，在所述已完成光柵區(qū)制作的光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分生長完成光柵區(qū)結(jié)構(gòu)和/或在相位區(qū)結(jié)構(gòu)部分生長完成相位區(qū)結(jié)構(gòu)。

在步驟203中，連接所述各分布式布拉格反射激光器和合波器。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述有源區(qū)結(jié)構(gòu)可以是設(shè)計(jì)成相同結(jié)構(gòu)的，也可以采用能夠產(chǎn)生不同增益信號的結(jié)構(gòu)，從而提高所述可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的光譜覆蓋范圍。可以根據(jù)具體需求，做出相應(yīng)調(diào)整。

由于各個(gè)DBR激光器光柵的布拉格波長相同，因此只需要通過一次全息曝光即可制作完成，成本低廉。通過對光柵進(jìn)行不同周期的取樣，實(shí)現(xiàn)不同DBR激光器調(diào)諧起始波長及調(diào)諧范圍的不同。并聯(lián)這些DBR激光器，利用合波器合波至單一波導(dǎo)，可以實(shí)現(xiàn)大范圍可調(diào)諧的功能。既可以拓展DBR激光器的調(diào)諧范圍，也保留了DBR激光器調(diào)諧控制簡單的優(yōu)點(diǎn)。通過發(fā)明中取樣光柵設(shè)計(jì)及有源區(qū)設(shè)計(jì)，可以使得激光器陣列中各個(gè)激光器性能具備高度的一致性。

在本發(fā)明實(shí)施例中，尤其是步驟201中的所述利用全息曝光法在光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分刻蝕具有相同光柵周期的光柵區(qū)，具體多種具體的實(shí)現(xiàn)方式，具體闡述如下：

方式一：

各分布式布拉格反射激光器的有源區(qū)結(jié)構(gòu)部分和/或相位區(qū)結(jié)構(gòu)部分的掩膜處理的過程，和光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分的掩膜處理過程同時(shí)進(jìn)行；其中，對于光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分的掩膜處理過程具體為遮掩住非光柵區(qū)，而露出待制作成光柵區(qū)部分。則所述利用全息曝光法在光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分刻蝕具有相同光柵周期的光柵區(qū)，具體為：

設(shè)置全息曝光的光柵周期為指定值Λ，對所述光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行全息曝光。在完成所述全息曝光，刻蝕后便可除去各自的掩膜，并執(zhí)行步驟202。其中，光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分的掩膜處理過程相比較有源區(qū)結(jié)構(gòu)部分和/或相位區(qū)結(jié)構(gòu)部分的掩膜處理，還可以是相對獨(dú)立完成的，因?yàn)橛性磪^(qū)結(jié)構(gòu)部分和/或相位區(qū)結(jié)構(gòu)部分的掩膜處理僅需要完全遮掩即可，而對于光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分的掩膜則需要有選擇性的達(dá)到指定精度的區(qū)域性遮掩，其工序和方式相對于全遮掩來說，在使用掩膜材料或者掩膜步驟具有較大差別時(shí)，獨(dú)立完成有其存在的優(yōu)勢。

方式二：

對于完成所述完成有源區(qū)結(jié)構(gòu)部分和/或相位區(qū)結(jié)構(gòu)部分的掩膜處理后的晶圓，進(jìn)行指定光柵周期為Λ的第一輪全息曝光；

對于各分布式布拉格反射激光器的光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分利用光刻版進(jìn)行掩蔽，并進(jìn)行第二輪普通光刻曝光，從而完成光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分中非光柵區(qū)的過曝光；然后進(jìn)行顯影，刻蝕后即形成取樣光柵。進(jìn)一步完成步驟202。

在本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)過程中，要完成全息曝光的過程，通常需要確定該制造方法所要生產(chǎn)的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器所包含的各布式布拉格反射激光器的激光波長λ_i，其中i為對應(yīng)各布式布拉格反射激光器的序號，i∈[1,n]，n為自然數(shù)，則根據(jù)公式：

L_si＝λ₀²/2n_g|λ_i-λ₀| (4)

求解得到取樣長度值，其中，λ₀為光柵梳狀反射譜的0級反射峰的波長；所述取樣長度值是根據(jù)各布式布拉格反射激光器中光柵區(qū)長度值和光柵區(qū)之間間隔值求和得到；

按照所述取樣長度值L_si，生成用于所述非光柵區(qū)掩膜處理的掩膜。

為了減少因?yàn)橹圃炀_度所帶來的生產(chǎn)設(shè)備成本的提高，結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，存在一種可擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)方案，具體在步驟202后還包括如下步驟：

在步驟203中，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述相位區(qū)結(jié)構(gòu)和/或光柵區(qū)結(jié)構(gòu)的電極接觸層設(shè)置有電極；

其中，相位區(qū)結(jié)構(gòu)上電極及光柵區(qū)結(jié)構(gòu)上電極用于對波導(dǎo)進(jìn)行電流注入或者通過加熱的方式改變相位區(qū)波導(dǎo)及光柵區(qū)波導(dǎo)的有效折射率。

實(shí)施例4:

在實(shí)施例3所提供的一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的制造方法基礎(chǔ)上，本發(fā)明實(shí)施例將結(jié)合一套具體可行參數(shù)，闡述如何利用實(shí)施例3所述的方法來完成可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的制造。在本實(shí)施例中，各布式布拉格反射激光器可產(chǎn)生不同波長的增益信號，假設(shè)本發(fā)明實(shí)施例中構(gòu)成可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的在構(gòu)成可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的各布式布拉格反射激光器的個(gè)數(shù)n為3，且激射波長包括1.56um、1.57um和1.58um時(shí)，設(shè)置光柵區(qū)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)工作狀態(tài)下其有效折射率為3.4，在本發(fā)明實(shí)施例中采用了實(shí)施例3中的方式一，所述方法還包括：

設(shè)置全息曝光的光柵周期λ為242nm，則λ₀為1.65um，參考公式：

L_si＝λ₀²/2n_g|λ_i-λ₀| (4)

求解得到各激射波長所對應(yīng)的取樣長度為4.45um、5.00um和5.72um；

按照所述取樣長度值，生成用于所述非光柵區(qū)掩膜處理的掩膜。

例如4.45um求解過程為，將1.56um帶入公式(4)如下：

L_s1＝(1650)²/(1650-1560)/2/3.4＝4.45um。

在此計(jì)算參數(shù)基礎(chǔ)上，依據(jù)實(shí)施例3完成包含1.56um、1.57um和1.58um各激射波長的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的制造方法，如圖11所示，具體包括以下步驟：

在步驟301中，在晶圓上對用于制作可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的各分布式布拉格反射激光器的有源區(qū)結(jié)構(gòu)部分和/或相位區(qū)結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行掩膜處理，其中，對于各分布式布拉格反射激光器的光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分按照4.45um、5.00um和5.72um的取樣周期(其參數(shù)值對應(yīng)取樣長度)設(shè)置掩膜。

在步驟302中，設(shè)置用全息曝光的參數(shù)值，使得全息曝光能夠在光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分形成具有光柵周期為242nm的一個(gè)或者多個(gè)光柵區(qū)圖樣，刻蝕后形成光柵圖形。

在步驟303中，去除上述掩膜；

在步驟304中，在所述有源區(qū)結(jié)構(gòu)部分生長完成有源區(qū)結(jié)構(gòu)，在所述已完成光柵區(qū)制作的光柵區(qū)結(jié)構(gòu)部分生長完成光柵區(qū)結(jié)構(gòu)和/或在相位區(qū)結(jié)構(gòu)部分生長完成相位區(qū)結(jié)構(gòu)。其中，各區(qū)結(jié)構(gòu)的生長方式可以使用現(xiàn)有技術(shù)完成，在此不一一贅述。

在步驟305中，在所述各分布式布拉格反射激光器中，位于所述相位區(qū)結(jié)構(gòu)和/或光柵區(qū)結(jié)構(gòu)的電極接觸層設(shè)置有電極。

在步驟306中，連接各分布式布拉格反射激光器和合波器。

其中，相位區(qū)結(jié)構(gòu)上電極及光柵區(qū)結(jié)構(gòu)上電極用于對波導(dǎo)進(jìn)行電流注入或者通過加熱的方式改變相位區(qū)波導(dǎo)及光柵區(qū)波導(dǎo)的有效折射率。

在本發(fā)明中由于各個(gè)DBR激光器光柵的布拉格波長相同，因此只需要通過一次全息曝光即可制作完成，成本低廉。通過對光柵進(jìn)行不同周期的取樣，實(shí)現(xiàn)不同DBR激光器調(diào)諧起始波長及調(diào)諧范圍的不同。并聯(lián)這些DBR激光器，利用合波器合波至單一波導(dǎo)，可以實(shí)現(xiàn)大范圍可調(diào)諧的功能。既可以拓展DBR激光器的調(diào)諧范圍，也保留了DBR激光器調(diào)諧控制簡單的優(yōu)點(diǎn)。通過發(fā)明中取樣光柵設(shè)計(jì)及有源區(qū)設(shè)計(jì)，可以使得激光器陣列中各個(gè)激光器性能具備高度的一致性。

實(shí)施例5：

上述實(shí)施例1-2提供了可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)特性，并在實(shí)施例3-4中提供了可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的制造方法。作為本發(fā)明的組成部分，將在本實(shí)施例5中給予一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器的使用方法，所述使用方法基于上述實(shí)施例1或?qū)嵤├?任一所述的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，其中，各分布式布拉格反射激光器中，位于所述有源區(qū)結(jié)構(gòu)和光柵區(qū)結(jié)構(gòu)的電極接觸層分別設(shè)置有電極，如圖12所示，包括：

在步驟401中，給各分布式布拉格反射激光器的有源區(qū)結(jié)構(gòu)的電極供電。

在步驟402中，根據(jù)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器中各分布式布拉格反射激光器所需產(chǎn)生的波長值，給各分布式布拉格反射激光器光柵區(qū)結(jié)構(gòu)的電極提供符合其有效折射率需求的電流。

在本發(fā)明中由于各個(gè)DBR激光器光柵的布拉格波長相同，因此只需要通過一次全息曝光即可制作完成，成本低廉。通過對光柵進(jìn)行不同周期的取樣，實(shí)現(xiàn)不同DBR激光器調(diào)諧起始波長及調(diào)諧范圍的不同。并聯(lián)這些DBR激光器，利用合波器合波至單一波導(dǎo)，可以實(shí)現(xiàn)大范圍可調(diào)諧的功能。既可以拓展DBR激光器的調(diào)諧范圍，也保留了DBR激光器調(diào)諧控制簡單的優(yōu)點(diǎn)。通過發(fā)明中取樣光柵設(shè)計(jì)及有源區(qū)設(shè)計(jì)，可以使得激光器陣列中各個(gè)激光器性能具備高度的一致性。

本發(fā)明實(shí)施例在實(shí)現(xiàn)過程中，所述步驟402給出了“給各分布式布拉格反射激光器光柵區(qū)結(jié)構(gòu)的電極提供符合其有效折射率需求的電流”的方法，然而，該方式多屬于一種靜態(tài)的調(diào)整方式。其目的是為了能夠?qū)崿F(xiàn)公式：

Δλ＝(2n_gΛ)²/2n_gL_s (5)

λ₀＝2n_gΛ (6)

獲取相應(yīng)取樣光柵梳狀反射譜的1級反射峰與0級反射峰的預(yù)設(shè)峰值間距需求。然而，實(shí)際情況則是可能因?yàn)楣鈻胖谱骶_度、分布式布拉格反射激光器工作時(shí)產(chǎn)生的溫度等等，對光柵區(qū)結(jié)構(gòu)工作的穩(wěn)定性造成影響，因此，對于可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器中各分布式布拉格反射激光器，如果還設(shè)置有針對產(chǎn)生的各激射波長的檢測裝置，則所述使用方法還包括：

在步驟403中，在檢測到其中一分布式布拉格反射激光器的激射波長的波動超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，根據(jù)公式(5)、(6)的對應(yīng)關(guān)系，調(diào)整相應(yīng)分布式布拉格反射激光器光柵區(qū)結(jié)構(gòu)的電極供電。如圖13所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的波長矯正原理圖。

值得說明的是，上述裝置和系統(tǒng)內(nèi)的模塊、單元之間的信息交互、執(zhí)行過程等內(nèi)容，由于與本發(fā)明的處理方法實(shí)施例基于同一構(gòu)思，具體內(nèi)容可參見本發(fā)明方法實(shí)施例中的敘述，此處不再贅述。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于一計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括：只讀存儲器(ROM，Read Only Memory)、隨機(jī)存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁盤或光盤等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。