帶有電吸收光柵結構的q－調製半導體雷射器的製作方法
2023-05-22 16:42:41 1
專利名稱：帶有電吸收光柵結構的q－調製半導體雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體雷射器和調製器，尤其涉及一種與利用電流注入或電吸收效應來改變雷射器品質因子的Q-調製器單片集成的四分之一波長相移分布反饋雷射器或者分布式布拉格反射雷射器。
背景技術：
高速半導體雷射器和調製器是當今光導纖維通信系統的關鍵元件。網際網路傳輸量的迅速增加要求這些光學元件能處理更加大的比特率。通過改變雷射器的偏置電流來直接進行光信號強度調製是最簡單的方法，它不需要一個外部調製器。但是，直接調製的雷射器有根本的速度限制，並且還顯示瞬變振蕩，其頻率等於它的弛豫振蕩頻率。波長啁啾是直接調製雷射器的另一問題。當雷射器的輸入驅動電流改變時，載流體密度以及折射率都隨著變化，從而使波長也隨著改變。當脈衝上升和下降時雷射波長分別向相反方向變化。比特率越高，啁啾越是明顯，其效果使雷射線寬加寬。由於光纖的色散作用，脈衝變寬現象在更寬的雷射線寬情況下越是嚴重，從而限制傳輸距離。
人們可以讓雷射器工作在連續波(CW)狀態，而用一個外置調製器來調製它。這樣可以消除上述瞬變振蕩的問題，並減少啁啾。電吸收調製器(EAM)是作為外置調製器的一個很好選擇，它通過施加一個電信號來改變它的吸收係數。當調製器是在開的狀態時雷射器的輸出光束能低損耗地穿過調製器，而當調製器是在關的狀態時光能量將被大部吸收。這種電吸收調製器與其它調製器比較的優點是低驅動電壓，小尺寸，並且可以與分布反饋(DFB)或分布布拉格反射器(DBR)雷射器單片集成。電吸收調製器的結構與雷射器非常相似，只是它的有源層禁帶帶隙稍微不同。另一區別是它是工作在反向偏壓狀態。當輸入數據信號改變調製器的反向偏壓，調製器波導的吸收係數改變，從而導致輸出光學功率的變化。
雖然相對直接調製雷射器電吸收調製器顯著改進了啁啾性能，啁啾問題仍然存在，因為折射率變化不可避免地伴隨著吸收係數的調製。而且調製器啁啾是動態的，隨著實際驅動電壓的變化而變化。現在電吸收調製器可提供大約10Gb/s的調製速率，能否達到更高的速度(如40Gb/s以上)而同時不引起相當大的寄生相位調製還不能肯定。而且它的消光比性能不理想，與插入損耗和速率等性能之間存在相互妥協。另外，單片集成的電吸收調製雷射器(EML)需要多次外延成長，因此工藝複雜，製造成本昂貴。
另一種調製光的方法是使用馬赫-曾特(Mach-Zehnder，簡稱MZ)幹涉儀，用具有強的電光效應的材料(如鈮酸鋰LiNbO3晶體)製作。通過施加電壓改變折射率和光學路徑長度，使得光學信號在MZ幹涉儀每條道路裡傳播的相對位相被調製。將二個不同相位調製的光束結合起來就可將相位調製轉換成強度調製。如果在兩條光路裡的相位調製正好大小相等但符號相反，此調製器將無任何啁啾，這意味著輸出信號只有強度調製而不存在寄生的相位或頻率調製。但是，這種外置調製器是非常昂貴的，且很難與雷射器單片集成，目前只用在長距離和超長距離傳輸系統中。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種帶有電吸收光柵結構的Q-調製半導體雷射器與高速、低啁啾調製器的單片集成，解決傳統半導體雷射器和調製器成本高，不易集成，波長啁啾，製作複雜等問題。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的技術方案1一種帶有電吸收光柵結構的Q-調製半導體雷射器，包含一個嵌入在有源波導結構中的相移分布反饋光柵，兩個相互分離的第一上電極和第二上電極分別覆蓋於增益區域和調製器區域的頂部，和一個作為公共接地面的下電極；所述相移分布反饋光柵依次分為第一部分、第二部分和第三部分，其中第一部分和第二部分由相移區隔開；所述沉積於增益區域的第一上電極覆蓋所述光柵的第一部分、第二部分及其間的相位區，並將一個恆定電流注入該電極下的有源光波導，為雷射器提供所需的光增益，所述覆蓋於調製器區域的第二上電極覆蓋所述光柵的第三部分，用來提供一個電信號，以改變處於該電極下的光波導的損耗，從而改變雷射器的閾值和輸出功率。
所述相移分布反饋光柵中的相移等於四分之一波長。
所述相移分布反饋光柵中的相移是通過將相移區一側的光柵圖案相對另一側進行翻轉而形成的。
所述相移分布反饋光柵中的相移是通過一段具有不同有效折射率的相移區波導來構成的。
所述第三部分光柵的周期使得雷射器的工作波長位於該光柵的禁帶中央區域。
所述調製器區域的光波導損耗是通過正向偏置的電流注入來調製的。
所述調製器區域的光波導損耗是通過反向偏置的電吸收效應來調製的。
技術方案2一種帶有電吸收光柵結構的Q-調製半導體雷射器，包含第一分布式布拉格反射光柵，第二分布式布拉格反射光柵，以及位於這兩個光柵之間的增益區域；所述的增益區域被夾在第一對電極之間，該第一對電極用來注入恆定電流從而為雷射器提供光增益；所述的第二分布式布拉格反射光柵包含一個具有電控吸收性質的調製器區域，該調製器區域被夾在第二對電極之間，該電極用來施加一個電信號以改變前述調製器區域的光損耗，從而改變雷射器的閾值和輸出功率。
所述調製器區域與增益區域之間是由第二分布式布拉格反射光柵的一部分所隔開的。
所述調製器區域所包含的光柵的周期使得雷射器的工作波長位於該光柵禁帶的中央區域。
本發明具有的有益效果是1.本發明利用一個新的原理機制將半導體雷射器與高速、低啁啾Q-調製器單片集成，實現高性能、小尺寸的雷射發射器，同時具有與直接調製雷射器相類似的低成本和製作簡單的優點。
2.本發明有多種不同具體結構形式，包括基於四分之一波長相移分布反饋雷射器和分布式布拉格光柵雷射器等不同結構。
3.本發明將調製功能與增益功能的區域相分離，後者是被恆流泵浦的，這不僅減少了波長啁啾，也提高了調製速度，因此相對於直接調製或外置電吸收調製器，本發明的調製器長度要短得多，從而有更小的電容，更高的速率。
4.本發明具有集成化、高速、高消光比、低波長啁啾和低成本等優點。
圖1是基於本發明的第一種實現方法的Q-調製半導體雷射器的示意圖，其結構帶有四分之一波長相移的分布反饋(DFB)光柵。
圖2是調製器區域處於透明(開啟)和吸收(關閉)狀態時，光從增益區一側入射雷射器結構的反射譜。
圖3是調製器區域吸收係數分別為i)α＝0；ii)α＝500cm-1；iii)α＝500cm-1且折射率增加了0.005時在相移區的調製器一側的DBR光柵的反射譜(a)及反射相位變化(b)。
圖4是調製器區域的吸收係數分別為α＝0，和α＝500cm-1時雷射器結構的透射小信號增益光譜。
圖5是雷射器的閾值增益係數與調製器吸收係數的函數關係。
圖6是調製器分別處於開啟(a)和關閉(b)狀態時雷射器結構中的光強分布。其中相移是由四分之一波長位移產生的。
圖7是當調製器處於開啟(a)和關閉(b)狀態時雷射器結構中的光強分布。其中相移是由一個50μm長的具有不同有效折射率的光柵片段實現的。
圖8是基於本發明的第二種實現方法的Q-調製半導體雷射器的示意圖，其結構帶有分布式布拉格反射光柵。
具體實施例方式
下面根據附圖和實施例，詳細說明本發明。
本發明的Q-調製半導體雷射器有多種不同具體結構，其中雷射諧振器可分別基於帶有相移的分布反饋(DFB)光柵或分布式布拉格反射(DBR)光柵。
雷射諧振器的Q因子或稱品質因子是用來衡量有多少來自雷射器增益介質的光通過光學諧振器被反饋回來，高的Q因子意味著光在諧振器中傳播每個來回受到較小的損失。Q-調製的原理是利用一個可改變諧振器Q因子的裝置來改變雷射輸出光功率，這已經應用在產生周期性短脈衝的調Q染料或固體雷射器中。通常實現調Q的現有技術方法包括在光學諧振腔中使用旋轉鏡，或使用電光或聲光調製器。但這些方法對於微小的半導體雷射器來說都不可行。
對於半導體雷射器的調製，減少波長啁啾是非常重要的一個需要考慮的方面。在一九八七年五月十九日授權的美國專利4,667,331中R.C.Alferness等描述了在雷射諧振腔中放置電調製器的方法，但這種方法並不優越可行，因為除了增加製作複雜程度外，還會引入和直接調製雷射器類似的顯著的波長啁啾。
在二零零三年二月十一日授權的的美國專利6,519,270中，H.B.Kim and J.J.Hong描述了一個由單模分布反饋雷射器與無源光波導區域集成形成的複合腔雷射器。通過調製無源波導的折射率，從而調製無源波導後解理面有效反射率的相位，進而調製雷射頻率，然後通過在雷射器前面放置一個象由Mach-Zehnder幹涉儀構成的窄帶光濾波器，將頻率調製轉化為強度調製。雖然這個調製器也是放置在雷射器的後端，但它改變的並不是雷射器的Q值，而只是相位，導致頻率的調製而不是強度調製。將頻率調製轉化為強度調製所需要的窄帶濾波器使它很難實際應用於普通的通訊系統，所需要的有源-無源波導集成也使器件的製作變得困難和昂貴。
一篇題為「Q-modulation of a surface emitting laser and an integrated detunedcavity」，S.R.A.Dods，and M.Ogura，IEEE Journal of Quantum Electronics，vol.30，pp.1204-1211，1994的論文描述並分析了與一個失諧諧振腔豎直集成的表面發射垂直腔雷射器，通過改變失諧諧振腔中的折射率可以實現雷射強度的調製。同樣的原理被應用在二零零四年四月十日授權的B.Sartorius and M.Moehrle的美國專利6,215,805中。在以上兩個現有技術中，雷射器腔的一個反射體是一個微量失諧的諧振腔，它在雷射器工作波長上的反射率高度色散，也就是說反射率光譜在雷射波長附近展現出一個尖銳的負尖峰。高的反射率色散是必需的，這樣失諧的諧振腔中微小的折射率變化就能引起反射體反射率的很大改變，從而調製雷射輸出。然而，這個現有技術方法有很大的缺陷1)在近諧振條件下，反射率高度依賴于波長，因此需要根據事先確定的兩個諧振腔之間的失諧要求來精確校正它們的諧振波長，這非常困難，對製作也很敏感。2)失諧諧振腔中折射率改變引起的反射率改變伴隨著很大的相位改變，這將導致雷射波長的很大啁啾。
為克服了先前技術方法的缺陷，本發明人在一項相關的中國發明專利申請(申請號為200610050484.6)中提出了一種新型結構，通過使用一個反諧振腔作為半導體雷射器的後反射體，此反射體的反射率可以通過改變反諧振腔內波導材料的光學吸收來改變。與諧振腔相比，反諧振腔的反射率和由光學損耗調製引起的反射率變化對波長的依賴大大減弱，反射率改變時所引起的相位變化也相當小，因此波長啁啾非常低。上述結構中通常需要垂直深刻蝕的空氣槽來實現雷射諧振腔和調製器反諧振腔的單片集成。
本發明公開另一種Q-調製半導體雷射器結構，通過改變後反射器一部分光柵的吸收係數來實現反射率和雷射器品質因子的調製，不需要垂直深刻蝕的空氣槽。雷射器和它後反射器的結構設計使得當反射率改變時其反射相位幾乎不變，因此這種實現方法只會引入很小的波長啁啾。其調製機制不需要使用對波長敏感的的諧振腔結構。光損耗的變化可以通過電流注入來實現，可以使用與雷射增益介質相同的材料，因此大大簡化了製作。下面將詳細描述實現以上機制的單片Q-調製半導體雷射器結構的細節。
圖1是本發明的第一種具體實施結構，它是一個與電吸收Q-調製器單片集成的帶有四分之一波長相移的單模分布反饋半導體雷射器，包括一個λ/4相移的DFB光柵130，分為增益區域和調製器區域。增益區域包括相移區100，以及位於相移區兩側的帶有光柵的波導101和102區。增益區域由第一上電極108覆蓋，並被夾在第一上電極108和接地電極120之間。當直流電流通過第一上電極108注入時，增益區域為雷射器提供光增益。調製器區域105是一個離開相移區的剩餘光柵部分，對雷射器起到Q-調製的作用。電信號通過第二上電極110加在調製器區域，通過改變該區域波導的吸收係數來改變雷射器的Q值，從而改變閾值電流和輸出功率。光束140從增益區域的前端面，也就是與調製器相反的一側的端面出射。
波導結構一般包括緩衝層116，電泵浦時提供光增益的波導芯層114以及表面覆蓋層112，它們都沉積在基底118上。波導芯層114最好包含多量子阱結構，而且各層中有象傳統雷射器結構層那樣適當摻雜。在橫截面上，波導被加工成標準的脊型波導，以在水平方向也得到光模式的限制。相互隔絕的上電極108和電極110分別沉積在增益區域和調製器區域的上表面，基底的背面也沉積一層金屬電極120作為公共的接地電極。電極對108/120用來為有源的增益區域進行電流注入以提供光增益。電極對110/120用來改變調製器區域波導的吸收係數(利用電流注入或者反向偏壓)從而改變雷射器的Q值。
在增益區域和調製器區域可以使用不同的波導材料結構使得這兩個區域分別得到優化。在實際製作過程中，這可以通過蝕刻-再生長技術或是諸如量子阱混合技術之類的生長後帶隙工程來實現。更簡單的辦法則是採用同樣的雷射器層狀結構，但是施加不同的電壓或電流，以得到兩個區域不同的性能。增益區域採用強的電流泵浦以產生光增益，調製器區域則在透明(小電流注入)和吸收(零電流注入)兩個狀態之間變化。
為了闡明本發明Q-調製雷射器的工作原理，我們考慮一個具體的實例。在該實例中，光柵的折射率呈矩形分布，且n1＝3.215，n2＝3.21(Δn＝0.005)，光柵周期為Λ＝0.2412μm，工作波長為λ＝1550nm。調製區長度Lm＝150μm。增益區總長度為400μm，λ/4相移區距離調製器100μm(也就是說區域101和102的長度分別為L1＝300μm，和L2＝100μm)。雷射腔Q值可由Q＝λ/Δλ得到，其中Δλ是當增益區域為透明狀態時透射率或反射率光譜的諧振峰的線寬。
圖2是調製器區域處於透明(開啟)和吸收(關閉)狀態時，光從增益區域一側入射到此雷射器結構的反射譜。其中，設調製區域吸收係數分別為α＝0(開)，和α＝500cm-1(關)。兩種狀態時反射峰的半幅全寬(FWHM)分別為0.1nm和0.37nm，相應的Q值為15500和4189。
相移DFB光柵也可以看作是一個帶有由分布式布拉格反射光柵(DBR)構成的兩反射鏡的法布裡-泊羅腔。第一個DBR是在相移區右側的101區部分，第二個DBR是由在相移區左側的102區部分以及調製器區域105組成。雷射波長由下面的諧振條件決定4n(Lp+2)+1+2=2m---(1)]]>上式中n是相移區的平均有效折射率，A＝λ/2n是光柵周期，Lp是相移的量(即區域100的長度)，Ф1和Ф2是第一個和第二個DBR相對於相移區的反射相位變化，m是一個整數。DBR光柵存在一個稱之為禁帶的波長窗口，波長處於此窗口之內的光大部分會被反射。對於在DBR禁帶中心的波長，Ф1＝Ф2＝0。當m＝1時，Lp＝λ/4n，這對應四分之一波長的相移。上述四分之一波長相移的DFB結構可以通過將相移位置一側的光柵圖樣相對於另一側進行反轉來實現，這可以在光柵製作過程中利用極性相反的光刻膠來實現。
圖3是由上述102和105區構成的第二個DBR光柵的反射率光譜(a)及其對應的相位變化(b)。光從相移區100入射，調製器區域105的吸收係數分別為α＝0和α＝500cm-1。從圖中我們可以看到調製器的吸收會導致反射峰的極大變化，同時伴隨的相位變化在峰值波長(禁帶的中心)處卻是最小。反射率的變化引起雷射腔的Q值的變化，從而改變雷射閾值。由(1)式可知，最小的相位改變對應於最小的波長啁啾，這是非常重要的。
在半導體材料中，根據克萊默-克朗寧(Kramer-Kronig)關係，吸收的改變總是伴隨著折射率的改變，在某些工作情況下，這個折射率的改變可能是非常大的。它可以用來增強對雷射閾值的調製。然而，折射率的變化會導致峰值的移動以及反射相位的變化，增加波長啁啾。在調製器區域和相移區域加入DBR光柵區102(在上述例子中L2＝100μm)則可以使峰值移動和相位變化最小。圖3也給出了當調製器區域處於吸收狀態(α＝500cm-1)，同時伴隨的折射率增加0.005時的DBR光柵的反射率光譜和相位變化。折射率變化引起的反射峰移動只有0.35nm。在沒有DBR區102的情況下，調製器區反射峰的移動由(2)式計算=nn---(2)]]>用上述例子中的參數計算，由此引起的波長移動為Δλ＝1550×0.005/3.215＝2.4nm。因此，在調製器和相移區加入DBR區102可以大大減小波長移動。另外，從圖5(b)中可看出，在禁帶的中心區域的相位變化也很不顯著。隨著L2的減小，峰值移動和相位變化相應增加。另一方面，調製的效率隨著L2的增大而減小。因此，在選擇L2的值的時候我們需要綜合考慮，這也取決於光柵的折射率差。
與直接調製的四分之一相移DFB雷射器相比，從(1)和(2)式中可知，本發明中的Q-調製雷射器的在減小波長啁啾方面有著明顯的優點。對於那些直接調製雷射器，由於整個雷射器結構的折射率都會隨著調製電流而改變，由(2)式可得，在上述例子中波長的波動為2.4nm。而在本發明的結構中，由於僅僅調製離開相移區的那一部分光柵的損耗，(1)式中的相移區折射率n和第一DBR區相位Ф1將保持不變，而只有第二DBR區的相位Ф2會隨著調製電流輕微的變化。但是根據圖5(b)，這個相位變化可以通過設計處於調製器區域和相移區之間的102區長度而得以最小化。因此，波長啁啾可以大大地減小。
圖4是上述例子中，增益係數為g＝9.25cm-1，吸收係數分別為α＝0，和α＝500cm-1的兩種調製器狀態時雷射器結構的透射小信號增益譜。由於在DFB光柵中存在四分之一波長的相位移動，雷射波長處于禁帶中心。當調製器處於透明狀態(α＝0)，雷射模式的閾值增益係數為9.25cm-1。當調製器處於吸收狀態，且吸收係數為α＝500cm-1時，閾值增益係數增大為38cm-1，而波長仍為λ＝1549.711nm保持不變。如在計算中考慮折射率變化，則閾值增益係數變為41.5cm-1，而雷射波長為1549.745nm處，漂移僅有0.034nm。與傳統的直接調製DFB雷射器的數納米的波長啁啾相比，這一數字減少了2個數量級。
調製器區域的兩種狀態下雷射模式閾值的巨大差異表明了利用本發明的Q-調製器損耗變化實現Q-調製是行之有效的辦法。當泵浦增益區的恆定電流產生的光增益低於調製器處於吸收狀態的雷射閾值但卻遠高於其處於透明狀態的雷射閾值時，雷射器的輸出就會受到加在調製器兩端電信號的調製。伴隨著Q值調製的相位變化只會引起很低的波長啁啾，這個相位變化是小得幾乎可以忽略，這是本發明的一個重要優點。
圖5給出了雷射器的閾值增益係數與調製器吸收係數的函數關係。可以看到當調製器的吸收係數僅為200cm-1時，這個閾值就有高達300％的的差異。在上述實施方案中，開啟狀態下調製器區域的有效折射率最好能與增益區域相同。在器件工作時，增益區域由一個相對較強的電流泵浦，以便為雷射器提供增益。如果調製器區域和增益區域的波導材料、橫截面形狀以及光柵周期都一樣的話，調製區域在開啟狀態可以以同樣電流密度注入電流。然而，即使是在開啟狀態下，調製器區域一般沒有必要也注入這麼大的電流，因為大的電流注入導致大的總驅動功率。一般來說，在開啟狀態，只要加上能讓波導足夠透明的電流便足夠了。由於增益區域和調製器區域的電流密度不同，這兩個區域的有效折射率也會有微小的差異。這個效應可以通過改變調製器區域波導的橫截面的形狀(如脊寬度)來補償，也就是在增益區域和調製器區域採用不同的脊寬，另外可以用一個寬度漸變結構來減小過渡損耗。
圖6給出了調製器分別處於開啟(a)和關閉(b)狀態時雷射器結構中光強分布，這是在增益係數為g＝8.8cm-1，吸收係數分別為＝0和α＝500cm-1時計算得到的。可以看到，在開啟狀態下，光強從兩端向中央呈指數增長，直到在相移位置達到最大。當調製器轉到關閉狀態時，光強顯著的減弱，並且分布也會改變。這種極度不均勻的場分布，特別是在開啟狀態下相移區尖銳的峰會導致很強的空間燒孔效應和增益飽和。
為了減輕空間燒孔效應，相移可以通過一個有效折射率稍有不同，具有特定長度的波導區來實現。讓我們考慮另一個例子，在這個例子中，調製區長度Lm＝150μm，增益區由兩個長度為L1＝250μm和L2＝100μm DBR區組成，它們被一個長度為Lp＝50μm相移區隔開。相移區有同樣的光柵周期Λ＝0.2412μm，不過其有效折射率減小到了3.204，而其它區域的有效折射率則為3.2125。
圖7(a)和(b)分別給出了調製器在開啟狀態(α＝0)和關閉狀態(α＝500cm-1)時的光強分布，計算時所用的增益係數g＝8.2cm-1。與圖8比較，相移區的光強變化變得不太顯著。波長λ＝1549.75nm時，雷射閾值增益係數在調製器開啟狀態下為8.6cm-1，關閉狀態(α＝500cm-1)下為29cm-1。在本例中，DFB光柵的相移區可以通過不同脊寬的波導，或者通過一個分離的電極注入不同的電流密度來實現。
本發明中，調Q的機制也可以應用於傳統的帶有均勻光柵的DFB雷射器(即不存在相移區)。然而，在這種情況下，調製區的DBR光柵就需要一個與DFB區失諧的禁帶。為了能夠得到單模，可以使用部分增益耦合的DFB光柵，類似於G.P.Li，T.Makino，和H.Lu在其論文「Simulation and interpretation oflongitudinal-mode behavior in partly gain-coupled InGaAsP/InP multiquantum-wellDFB lasers」，IEEE Photonics Technology Letters，vol.4，no.4，pp.386～388，1993中描述的那樣。在這種情況下，雷射波長處於DFB禁帶的長波方向一側。根據本發明的思想，調製器區域的光柵需要工作在高反射率狀態，處於其禁帶中心附近。該一點是非常重要的，因為如圖3(b)所示，波長在禁帶的中心時，開啟狀態和關閉狀態的相位差異是最小的。因此，DBR調製器區域與DFB增益區域的波長的失諧是有必要的，這樣可以減少波長啁啾。波長的失諧可以通過調整橫截面波導的結構，例如波導脊寬或者光柵周期來實現。也可以在DFB區和調製區之間加一個固定的或者可調的相位區域從而將雷射波長調整到調製器區域DBR光柵的禁帶中心。為了減小伴隨著損耗調製的折射率變化引起的相位變化和波長漂移，可以在調製器和相位/DFB區之間加入另一個固定電流注入的DBR區。該固定電流注入的DBR區與相位區以及DFB區可以使用一個公共電極共同形成一個增益區，類似於圖1中的實施方案。
本發明的Q-調製半導體雷射器也可以採用分布式布拉格雷射器的形式。圖8給出了本發明的另一種實施方案。雷射器由兩個DBR光柵231和232以及處於這兩個光柵之間的增益波導區200組成。包含DBR光柵231的波導區201和包含一部分DBR光柵232的波導區202是無源並且是基本透明的。增益區不包括光柵，它被夾在一對電極208/120之間用來提供光增益。由另一部分DBR光柵232組成的調製器區域205也處於一對電極110/120之間，該電極用來改變其間光波導的光損耗，從而改變Q值以及雷射閾值和輸出功率。
顯然，圖10所示方案中的DBR光柵201可以被一個部分反射的解理面代替，這個面可以鍍上介質薄膜，也可以不鍍。
本發明的Q-調製雷射器有很多優點。由於調製功能與增益區域相分離，後者是被恆流泵浦的，這不僅減少了波長啁啾，也提高了調製速度，因為相對於直接調製或外置電吸收調製器，本發明的調製器長度要短得多，從而有更小的電容和更高的速率。相對於放置在輸出雷射束路徑上的電吸收調製器，由於使用Q開關機制本發明調製器的消光比也要高的多，且不需要很長的調製器長度。而且，它並不像外置電吸收調製器那樣不可避免地會產生能量損耗。
本發明的實施例只是用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護範圍。例如，本發明中的Q調製半導體雷射器的結構原理也可以應用於垂直腔表面輻射雷射器。
權利要求
1.一種帶有電吸收光柵結構的Q-調製半導體雷射器，其特徵在於包含一個嵌入在有源波導結構中的相移分布反饋光柵，兩個相互分離的第一上電極和第二上電極分別覆蓋於增益區域和調製器區域的頂部，和一個作為公共接地面的下電極；所述相移分布反饋光柵依次分為第一部分、第二部分和第三部分，其中第一部分和第二部分由相移區隔開；所述沉積於增益區域的第一上電極覆蓋所述光柵的第一部分、第二部分及其間的相位區，並將一個恆定電流注入該電極下的有源光波導，為雷射器提供所需的光增益，所述覆蓋於調製器區域的第二上電極覆蓋所述光柵的第三部分，用來提供一個電信號，以改變處於該電極下的光波導的損耗，從而改變雷射器的閾值和輸出功率。
2.根據權利要求1所述的一種Q-調製半導體雷射器，其特徵在於所述相移分布反饋光柵中的相移等於四分之一波長。
3.根據權利要求2所述的一種Q-調製半導體雷射器，其特徵在於所述相移分布反饋光柵中的相移是通過將相移區一側的光柵圖案相對另一側進行翻轉而形成的。
4.根據權利要求2所述的一種Q-調製半導體雷射器，其特徵在於所述相移分布反饋光柵中的相移是通過一段具有不同有效折射率的相移區波導來構成的。
5.根據權利要求1所述的一種Q-調製半導體雷射器，其特徵在於所述第三部分光柵的周期使得雷射器的工作波長位於該光柵的禁帶中央區域。
6.根據權利要求1所述的一種Q-調製半導體雷射器，其特徵在於所述調製器區域的光波導損耗是通過正向偏置的電流注入來調製的。
7.根據權利要求1所述的一種Q-調製半導體雷射器，其特徵在於所述調製器區域的光波導損耗是通過反向偏置的電吸收效應來調製的。
8.一種帶有電吸收光柵結構的Q-調製半導體雷射器，其特徵在於包含第一分布式布拉格反射光柵，第二分布式布拉格反射光柵，以及位於這兩個光柵之間的增益區域；所述的增益區域被夾在第一對電極之間，該第一對電極用來注入恆定電流從而為雷射器提供光增益；所述的第二分布式布拉格反射光柵包含一個具有電控吸收性質的調製器區域，該調製器區域被夾在第二對電極之間，該電極用來施加一個電信號以改變前述調製器區域的光損耗，從而改變雷射器的閾值和輸出功率。
9.根據權利要求8所述的一種Q-調製半導體雷射器，其特徵在於所述調製器區域與增益區域之間是由第二分布式布拉格反射光柵的一部分所隔開的。
10.根據權利要求8所述的一種Q-調製半導體雷射器，其特徵在於所述調製器區域所包含的光柵的周期使得雷射器的工作波長位於該光柵禁帶的中央區域。
全文摘要
本發明公開了一種帶有電吸收光柵結構的Q－調製半導體雷射器。包含一個λ/4相移的分布反饋光柵，兩個相互分離的上電極沉積於光柵頂部，一個電極沉積在雷射器基底作為公共地。第一個上電極覆蓋了光柵的一部分，包括相移區，通過注入的恆定電流為雷射器提供光增益。第二個上電極則覆蓋了遠離相移區的光柵的剩餘部分，作為雷射器的Q－調製器。電信號可以加在該第二個上電極來改變帶有電吸收光柵結構的調製器區域波導的吸收係數，改變雷射器的Q值，從而改變雷射閾值和輸出功率。本發明的Q－調製半導體雷射器具有集成化、高速、高消光比、低波長啁啾和低成本等優點。
文檔編號H01S5/00GK1851990SQ20061005075
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月12日 優先權日2006年5月12日
發明者何建軍 申請人:何建軍