一種具有高單模成品率的漸變脊波導(dǎo)分布反饋激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高單模成品率的分布反饋激光器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光通信技術(shù)的日益快速地發(fā)展，目前對(duì)半導(dǎo)體激光器的需求日益增加。由于 分布式反饋半導(dǎo)體激光器（DFB-LD)能在更寬的工作溫度和工作電流范圍內(nèi)抑制模式跳 變，保證單縱模輸出，因此普遍的應(yīng)用于光通信領(lǐng)域中。
[0003] -般的DFB半導(dǎo)體激光器采用均勻光柵，其反饋方式主要是利用光柵中的折射率 周期性變化產(chǎn)生的，即折射率親合（Index-Coupling)。在端面反射率為0的理想情況下，這 種激光器存在兩個(gè)簡(jiǎn)并的縱模，這兩個(gè)縱模對(duì)稱分布在布拉格波長(zhǎng)兩邊。也就是說(shuō)，折射率 耦合DFB半導(dǎo)體激光器原理上是雙模工作的。
[0004] 實(shí)際的DFB半導(dǎo)體激光器中，激光器兩端面是存在反射的，由于解理的原因，激光 器端面反射的相位具有隨機(jī)性。在折射率耦合DFB激光器中，由于端面反射和相位的存在， 模式簡(jiǎn)并在一定程度上被消除，因此器件可以實(shí)現(xiàn)單縱模工作。但是由于端面反射相位具 有隨機(jī)性，導(dǎo)致激光器單模的成品率低。在實(shí)際中一般將激光器一端鍍HR膜（S卩，高反膜）， 另一端鍍AR膜（即，增透膜），雖然利用這種方法能使DFB半導(dǎo)體激光器靜態(tài)工作時(shí)的邊 模抑制比達(dá)到30dB，但是在高速調(diào)制時(shí)，邊模抑制比會(huì)出現(xiàn)明顯的減小。此類均勻光柵DFB 激光器的另一主要問(wèn)題是即便為單模工作，其激射模具有布拉格藍(lán)邊波長(zhǎng)與紅邊波長(zhǎng)的概 率各占一半，當(dāng)需要精確指定工作波長(zhǎng)時(shí)，成品率還要再減少一半。
[0005] 為了達(dá)到更好的單模工作效果及單模成品率，可以采用在光柵的中心引入一個(gè) 四分之一波長(zhǎng)（A/4)相移區(qū)的方法[1]。該方法的優(yōu)點(diǎn)是其模式的閾值增益差大，可以 實(shí)現(xiàn)激光器在布拉格波長(zhǎng)上的單模工作，但是它的光柵制作工藝比較復(fù)雜，成本較高，而 且由于腔的對(duì)稱性使其兩邊光的輸出功率為一致，于是在實(shí)際使用中因?yàn)橹挥幸贿叺墓?率可被光纖耦合輸出而有一半的光功率被浪費(fèi)。除此之外，很多方案被提出以解決DFB 半導(dǎo)體激光器雙模工作的缺點(diǎn)，例如增益耦合DFB-LD、損耗耦合DFB-LD以及二階光柵 DFB-LD。H.Kogelnik首先提出增益耦合和損耗耦合DFB半導(dǎo)體激光器的概念[2]。隨后， Y.Nakano[3]報(bào)道了單縱模工作的損耗耦合DFB-LD，雖然它的邊模抑制比高，抗端面反射 影響，但是由于在光柵中引入損耗，所以導(dǎo)致其閾值大。Y.Luo[4]報(bào)道出利用MOCVD制作的 增益耦合的DFB半導(dǎo)體激光器。G.P.Li[5]報(bào)道了部分增益耦合的1. 55ym應(yīng)變層多量子 阱DFB半導(dǎo)體激光器，它們具有單模產(chǎn)量高，邊模抑制比高，抗端面反射影響等優(yōu)點(diǎn)，但是 由于在光柵制作中要刻蝕到有源區(qū)，使得其工藝難度大，容易在有源區(qū)引入大量的非輻射 復(fù)合缺陷，使得激光器性能不穩(wěn)定，成品率低，壽命短，因此沒(méi)有被廣泛的應(yīng)用。
[0006] 上個(gè)世紀(jì)七八十年代二階光柵DFB半導(dǎo)體激光器被提出[6 - 7]。九十年代初， C.M.Wu[8]報(bào)道了光通信波段的二階光柵DFB激光器。二階光柵DFB-LD雖然能夠的實(shí)現(xiàn)激 光器的單縱模輸出，但是二階光柵衍射效率很低，造成激光器的腔長(zhǎng)很長(zhǎng)以及閾值很高。
[0007] 現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)如下：
[0008] [1]?Utaka，K.，et al.，A/4-shifted InGaAsP/InP DFB lasers.Quantum Electronics，IEEE Journal of，1986.22(7) :p. 1042-1051.
[0009] [2]. Kogelnik, H. and C. V. Shank, Coupled Wave Theory of Distributed Feedback Lasers. Journal of Applied Physics,1972.43 (5):p. 2327-2335.
[0010] [3]. Nakano, Y. , Y. Luo and K. Tadaj Facet reflection independent, single longitudinal mode oscillation in a GaAlAs/GaAs distributed feedback laser equipped with a gain - coupling mechanism. Applied Physics Letters, 1989. 55(16) :p.1606-1608.
[0011] [4] ? Lu。，Y.，et al.，Purely gain-coupled distributed feedback semiconductor lasers. Applied Physics Letters, 1990. 56(17):p. 1620-1622.
[0012] [5]. Li, G. P. , et al. , Partly gain-coupled I. 55 u m strained-layer multiquantum-well DFB lasers.Quantum Electronics，IEEE Journal of，1993. 29(6) :p. 1736-1742.
[0013][6]?Streifer，W.，D. R. Scifres and R. Burnham，Coupled wave analysis of DFB and DBR lasers. Quantum Electronics, IEEE Journal of, 1977. 13(4) :p. 134-141.
[0014] [7]. Kazarinov, R. F. and C. H. Henry, Second-order distributed feedback lasers with mode selection provided by first-order radiation losses.Quantum Electronics, IEEE Journal of, 1985. 21 (2) :p. 144-150.
[0015] [8] . Wuj C. M., et al. , Electrical Iy pumped circular-grating distributed-Bragg-reflector lasers. Photonics Technology Letters,IEEE, 1992. 4(9) :p. 960-963.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種高單模成品率 的分布反饋激光器，其中通過(guò)對(duì)布拉格光柵、諧振腔的形狀以及激光器結(jié)構(gòu)參數(shù)等進(jìn)行改 進(jìn)，使激光器的布拉格光柵等效于啁啾光柵，并使模式增益沿腔長(zhǎng)方向變化，與現(xiàn)有技術(shù) 相比能夠有效解決現(xiàn)有DFB激光器單縱模成品率低的問(wèn)題，并且該DFB半導(dǎo)體激光器跟普 通的DFB激光器制備工藝幾乎相同，現(xiàn)有DFB激光器的制備工藝完全適用于該DFB半導(dǎo)體 激光器的制作。
[0017] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種高單模成品率的分布反饋 激光器，包括激光諧振腔、布拉格光柵，其特征在于，
[0018] 所述諧振腔具有激光輸出端面，所述諧振腔的腔長(zhǎng)方向與該激光輸出端面垂直；
[0019] 所述布拉格光柵為啁啾光柵或者等效的啁啾光柵，該布拉格光柵位于所述諧振腔 內(nèi)，其等效折射率沿諧振腔腔長(zhǎng)方向是變化的；
[0020] 所述分布式反饋激光器的模式增益沿諧振腔腔長(zhǎng)方向變化；
[0021] 所述分布式反饋激光器單縱模輸出。
[0022] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述激光諧振腔具有向外凸出的脊，所述脊的凸出方 向垂直于所述布拉格光柵的平面，并與所述諧振腔腔長(zhǎng)方向垂直；
[0023] 所述布拉格光柵位于所述激光諧振腔脊的下面或者中間；
[0024] 所述脊在所述布拉格光柵平面上的投影落在所述布拉格光柵上，并呈喇叭形，該 喇叭形投影具有兩條相互平行的邊，所述兩條相互平行的邊的邊長(zhǎng)不相等，所