單片集成式多波長半導(dǎo)體鎖模激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可實現(xiàn)穩(wěn)定的多波長鎖模脈沖輸出的半導(dǎo)體鎖模激光器。其可廣泛應(yīng)用于波分-時分復(fù)用系統(tǒng)、光接入網(wǎng)、光信息處理等。
【背景技術(shù)】
[0002]高重頻多波長短脈沖光源是未來超大容量光通訊網(wǎng)絡(luò)中的一項關(guān)鍵技術(shù)。無論在當前基于波分復(fù)用(WDM)技術(shù)的核心網(wǎng)中，還是在下一代基于光時分-波分復(fù)用(OTDM-WDM)混合構(gòu)架的核心網(wǎng)及光無源接入網(wǎng)(0TDM-WDM Ρ0Ν)中，這一技術(shù)都有著廣泛而重要的應(yīng)用。在傳統(tǒng)的WDM系統(tǒng)中，為實現(xiàn)大容量信息傳輸，需要將多個波長的信息同時送入光纖，每個通道都需要配備一個獨立的高性能半導(dǎo)體激光器(如半導(dǎo)體分布反饋型激光器)，而且系統(tǒng)中需要使用價格昂貴的可調(diào)諧激光器作為備份光源。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂。這一問題的有效解決方案之一是用多波長光源取代系統(tǒng)中數(shù)以百計的單波長激光器或用于備份的可調(diào)諧激光器，從而極大地簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、降低系統(tǒng)成本。在面向未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的各種OTDM-WDM混合構(gòu)架中，多波長鎖模激光器可以作為一種重要的歸零碼(RZ)多通道光源，為其提供有效的器件技術(shù)解決方案。與此同時，多波長短脈沖源在光纖傳感、時間分辨光譜、高速光學(xué)取樣、超快并行光信號處理、微波光子學(xué)等其它領(lǐng)域也有重要的應(yīng)用。
[0003]目前，國際上已報道的典型多波長短脈沖源方案有四種:(1)基于發(fā)光二極管(LED)或超連續(xù)譜(SC)的譜切割法；(2)主動鎖模光纖激光器；(3)外腔式主動鎖模半導(dǎo)體激光器法；(4)單片式多波長半導(dǎo)體鎖模激光器。
[0004]基于LED寬帶光源的譜切割方案已在WDM多波長發(fā)射模塊中得到應(yīng)用，但這種方案的問題是經(jīng)譜切割后分配給每個通道的光強較弱。基于SC的譜切割方案需要超短脈沖源和特種非線性光纖，SC譜產(chǎn)生的效率較低，而且譜切割過程中功率損耗大，價格較為昂貴，系統(tǒng)成本高和體積龐大。
[0005]基于鎖模光纖激光器產(chǎn)生多波長光脈沖的方案中，通常選用半導(dǎo)體光放大器(SOA)或EDFA作為增益介質(zhì)，利用光纖光柵(FBG)或法布里-珀羅(F-P)濾波器作為波長選擇元件，通過射頻(RF)源驅(qū)動腔內(nèi)調(diào)制器進行主動鎖模。也可以利用高非線性光纖中的四波混頻效應(yīng)實現(xiàn)多波長脈沖輸出。總體而言，基于鎖模光纖激光器的方案都需要采用EDFA、調(diào)制器以及特種光纖等分立元件，這導(dǎo)致整個器件體積龐大、成本高昂，為它們的大規(guī)模商業(yè)部署帶來了障礙。
[0006]外腔式多波長鎖模激光器一般利用外腔反射鏡，射頻驅(qū)動的半導(dǎo)體光放大器(SOA)，增益平坦濾波器，腔內(nèi)標準具和衍射光柵等分立元件實現(xiàn)主-被動混合鎖模，可以實現(xiàn)比單純的主動鎖?；虮粍渔i模方式更為有效穩(wěn)定的輸出。但是基于分立器件的外腔鎖模激光器腔長較長、輸出激光重復(fù)頻率低、體積較大、系統(tǒng)調(diào)節(jié)也較復(fù)雜。
[0007]單片式多波長半導(dǎo)體鎖模激光器是具有體積小、成本低、易于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點。但是已有的實現(xiàn)方案中，只是簡單的多個鎖模激光器的并行組合，各個被動鎖模激光器只能獨立工作，各通道間無法通過簡單的RF源驅(qū)動來實現(xiàn)同步，而且此類簡單排列形成的陣列激光輸出需要用帶狀光纖進行耦合，這樣給器件封裝帶來了很大的困難。
[0008]為了充分利用半導(dǎo)體激光器在體積、功耗、可靠性以及生產(chǎn)效率方面的優(yōu)點，同時解決前人方案中的同步、耦合等問題，本發(fā)明提出基于陣列波導(dǎo)光柵AWG的多波長半導(dǎo)體鎖模激光器，從而實現(xiàn)低噪聲、多波長梳狀譜輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009](一 )要解決的技術(shù)問題
[0010]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提出一種單片集成式多波長半導(dǎo)體鎖模激光器的設(shè)計方案，預(yù)期以實現(xiàn)多個波長的超短脈沖同步輸出。
[0011](二)技術(shù)方案
[0012]為達到上述目的，本發(fā)明提出了一種單片集成式多波長半導(dǎo)體鎖模激光器，其為單片集成式脊型結(jié)構(gòu)激光器，其輸出的鎖模脈沖具有多個不同的波長通道；所述的激光器包括:半導(dǎo)體光放大器陣列(I)、相位調(diào)制器陣列(2)、相位延遲波導(dǎo)陣列(3)、陣列波導(dǎo)光柵(4)、飽和吸收體(5);五個部分，所述五個部分通過無源脊波導(dǎo)連接，且通過干法刻蝕集成到同一襯底上。
[0013](三)有益效果
[0014]本發(fā)明提供的可實現(xiàn)多波長超短脈沖同步輸出的多波長半導(dǎo)體鎖模激光器具有以下優(yōu)勢:(I)同采用頻譜分割技術(shù)相比，該器件產(chǎn)生的多波長信號噪聲更小，邊模抑制比(SMSR)可大于30dB，譜線更窄、抗色散能力更強，傳輸速率可超過10Gb/s;(2)采用單片集成結(jié)構(gòu)，消除了分立器件之間的耦合損耗，具有體積小功耗低的特點；(3)器件的波長由AWG的選模特性決定，無需傳統(tǒng)DFB或DBR激光器中復(fù)雜的光柵制作工藝和光柵掩埋生長工藝，提高器件的成品率，降低器件的成本，有利于在接入網(wǎng)中的推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0015]為進一步說明本發(fā)明的技術(shù)特征，結(jié)合以下附圖，對本發(fā)明作一詳細的描述，其中:
[0016]圖1是本發(fā)明提供的一種單片集成式多波長鎖模激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明實施例中激光器的有源器件區(qū)的材料生長結(jié)構(gòu)；
[0018]圖3是本發(fā)明實施例中激光器的無源器件區(qū)的材料生長結(jié)構(gòu)；
[0019]圖4是本發(fā)明實施例中激光器的縱向切面結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0021]請參閱圖1、2、3、4所示的實施例，本發(fā)明實施例提出了一種工作于1550nm通訊波段的單片集成式多波長半導(dǎo)體鎖模激光器，其包括一組半導(dǎo)體光放大器陣列I ;相位調(diào)制器陣列2 ;相位延遲波導(dǎo)陣列3 ;陣列波導(dǎo)光柵4 ;飽和吸收體5，它們都通過干法刻蝕工藝集成到同一襯底上。本發(fā)明提出的多波長半導(dǎo)體鎖模激光器還可以工作在1550nm通訊波段之外的其他任意波段，只需半導(dǎo)體增益材料能夠在此波段提供足夠多的增益。所述襯底材料可以為本領(lǐng)域中常見的各種襯底，如InP襯底或者GaAs襯底。構(gòu)成部件1_5的材料體系即為與襯底相匹配的材料體系。在本實施例中半導(dǎo)體光放大器陣列1、相位調(diào)制器陣列2、相位延遲波導(dǎo)陣列3、陣列波導(dǎo)光柵4、飽和吸收體5五個部分制作在同一襯底上，且通過干刻技術(shù)形成的無源脊波導(dǎo)連接起來。這五個部分及其間的無源脊波導(dǎo)連同器件兩端的解理端面共同形成了多波長鎖模激光器。
[0022]在本實施例中半導(dǎo)體光放大器陣列1，其由多個具有半導(dǎo)體增益材料的半導(dǎo)體光放大器組成，每個半導(dǎo)體光放大器用于在驅(qū)動電流激勵作用下產(chǎn)生光增益，當施加電流適當時，激光器腔內(nèi)的光增益大于光損耗，激光器實現(xiàn)穩(wěn)定振蕩，激射出光；每個光放大器增益介質(zhì)的增益譜中心波長在器件所要求的工作波長附近，如本發(fā)明實施例中為1550nm。半導(dǎo)體光放大器為各個通道的輸出提供增益，在特定電流下使每個通道的增益大于損耗，從而實現(xiàn)激射輸出。
[0023]在本實施例中相位調(diào)制器陣列2由多個具有與半導(dǎo)體光放大器相同材料體系的相位調(diào)制器組成，其個數(shù)和半導(dǎo)體光放大器的個數(shù)均與輸出波長通道數(shù)相同。在器件結(jié)構(gòu)中連接于半導(dǎo)體光放大器之后，一一對應(yīng)。其主要起到對不同通道的波長微調(diào)相位的作用，補償由于器件制作過程中產(chǎn)生的隨機相差，改善各個通道的短脈沖輸出質(zhì)量。
[0024]在本實施例中相位延遲波導(dǎo)陣列3由無源彎曲波導(dǎo)陣列構(gòu)成，其目的是通過引入彎曲波導(dǎo)間不同的彎曲弧度補償不同通道間的光程差，使得各個通道的有效光程相等，從而保證各個通道內(nèi)的短脈沖能夠同一時間到達飽和吸收體5。
[0025]在本實施例中的陣列波導(dǎo)光柵4，其材料與無源彎曲波導(dǎo)相同，中心波長同半導(dǎo)體光放大器的增益譜中心波長相當，如本發(fā)明實施例中為1550nm。陣列波導(dǎo)光柵的輸出通道數(shù)目和各輸出通