CN114421281A - 一种窄线宽输出的片上集成式dbr激光器及其制备方法 - Google Patents
一种窄线宽输出的片上集成式dbr激光器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114421281A CN114421281A CN202210030396.9A CN202210030396A CN114421281A CN 114421281 A CN114421281 A CN 114421281A CN 202210030396 A CN202210030396 A CN 202210030396A CN 114421281 A CN114421281 A CN 114421281A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- substrate
- region
- chip
- distributed bragg
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 109
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 102
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 101
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 69
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 32
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 19
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010923 batch production Methods 0.000 abstract 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 13
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 5
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/125—Distributed Bragg reflector [DBR] lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器及其制备方法。包括光子集成芯片基底、分布布拉格反射激光器和半导体光放大器；分布布拉格反射激光器和半导体光放大器均集成于光子集成芯片基底上方；光子集成芯片基底一方面可以采用III‑V族化合物半导体材料，另一方面可以采用硅光半导体材料，硅光半导体材料的指定区域上方需要是III‑V族化合物半导体材料；分布布拉格反射激光器包括后反射区、增益区、相位区、光波导和前反射区，其用于产生窄线宽激光信号；半导体光放大器与前反射区连接，用于激光信号的放大与出射。本发明结构简单，可集成于光子芯片上，能大大减小现有技术中窄线宽激光器的体积，利于其小型集成化、批量化生产；同时该分布布拉格反射激光器输出激光线宽较窄、功率较高，可满足下一代高速光通信系统的需求。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体光电子技术领域，尤其涉及一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器及其制备方法。
背景技术
当今社会，随着现代化通信的井喷式发展，通信容量需求急剧增加，为了满足指数增长的大数据存储和超大数据中心流量，单通道通信容量已经向400Gbps发展。为了进一步提高通信速率和通信容量，需要采用新的高阶调制格式或者相干通信系统，而这两者对激光器的频率稳定性以及激光线宽要求非常严格。激光器的频率稳定性决定着信号的发射稳定性，激光线宽则会影响信号的相位噪声特性，这两者对信号传输的稳定性和接收灵敏度起着至关重要的作用。由此可知，相干通信系统中最核心的器件单元之一就是窄线宽激光器。根据器件结构分类，目前常见的窄线宽半导体激光器包括分布式反馈(DFB)激光器、光纤激光器以及外腔式半导体激光器等。
理论研究表明，400Gbps的相干通信系统对激光器的线宽要求在kHz量级及以下。为了减少信号传输过程中的传输损耗，光纤通信系统一般选择常规的1310nm和1550nm波段作为传输窗口，而基于该两个波段的分布式反馈(DFB)激光器线宽一般在MHz量级，无法满足相干通信系统窄线宽要求。目前市场上光纤激光器可以实现较窄线宽与较高功率，但是其成本高、体积大、功耗大，难以实现单片光子芯片集成。另外，还有一种基于衍射光栅或光纤光栅的外腔式半导体激光器可以实现窄线宽输出，但是，基于衍射光栅的外腔式激光器调谐速度慢，体积大，光路准直和激光器稳定困难；而基于光纤光栅的外腔式激光器调谐范围较窄，不利于实际应用。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器及其制备方法，解决了现有技术中各类窄线宽半导体激光器体积大、功耗大、成本高、光谱线宽较大、器件性能和稳定性差等技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器，包括光子集成芯片基底、分布布拉格反射激光器结构和半导体光放大器；所述分布布拉格反射激光器结构和所述半导体光放大器均集成于所述光子集成芯片基底的上方；
沿激光信号的出射方向，所述分布布拉格反射激光器结构包括后反射区、增益区、相位区、光波导和前反射区；所述分布布拉格反射激光器结构的有效腔长包括所述后反射区的厚度、所述增益区的厚度、所述相位区的厚度、所述光波导的厚度和所述前反射区的厚度；所述分布布拉格反射激光器结构的有效腔长大于或者等于1mm，产生的激光信号的光谱线宽小于或者等于300kHz；所述激光信号的出射方向与所述光子集成芯片基底的表面平行；
其中，所述半导体光放大器用于增大所述激光信号的功率并输出所述激光信号。
可选的，所述分布布拉格反射激光器结构的有效腔长为L，1mm≤L≤2cm。
可选的，所述光波导包括无源光波导和有源光波导，用于增加所述分布布拉格反射激光器结构的有效腔长和减小所述分布布拉格反射激光器结构输出的光谱线宽。
可选的，所述光子集成芯片基底包括III-V族化合物半导体材料；所述III-V族化合物半导体材料包括GaAs基底、InP基底以及InGaAs基底中的至少一种。
可选的，所述光子集成芯片基底包括硅光半导体材料以及III-V族化合物半导体材料；所述硅光半导体材料包括Si基底以及位于第一部分所述Si基底一侧的Si/SiO2基底；所述相位区、所述无源光波导和前反射区分别位于所述SiO2基底远离所述Si基底的一侧；所述III-V族化合物半导体材料位于第二部分所述Si基底的一侧；所述后反射区、所述增益区和所述半导体光放大器分别位于所述III-V族化合物半导体材料远离所述Si基底的一侧。
可选的，所述光子集成芯片基底包括硅光半导体材料以及III-V族化合物半导体材料；所述硅光半导体材料包括Si基底以及位于第三部分所述Si基底一侧的SiO2基底；所述相位区和所述前反射区分别位于所述SiO2基底远离所述Si基底的一侧；所述III-V族化合物半导体材料位于第四部分所述Si基底的一侧，所述后反射区、所述增益区、所述有源光波导和所述半导体光放大器分别位于所述III-V族化合物半导体材料远离所述Si基底的一侧。
可选的，所述后反射区至少包含两层不同折射率材料的光栅层；
所述前反射区包括至少包含两层不同折射率材料的光栅层；
所述前反射区与所述后反射区形成所述分布布拉格反射激光器结构的谐振腔端面。
可选的，所述后反射区还包括反射镜。
可选的，所述增益区包括半导体增益介质，用于放大所述激光信号。
第二方面，本发明实施例还提供了一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器的制备方法，用于制备权利第一方面提供的窄线宽输出的单片集成式DBR激光器，该制备方法包括；
提供光子集成芯片基底；
在所述光子集成芯片基底的一侧制备分布布拉格反射激光器结构；沿激光信号的出射方向，所述分布布拉格反射激光器结构包括后反射区、增益区、相位区、光波导和前反射区；所述分布布拉格反射激光器结构的有效腔长包括所述后反射区的厚度、所述增益区的厚度、所述相位区的厚度、所述光波导的厚度和所述前反射区的厚度；所述分布布拉格反射激光器结构的有效腔长大于等于1mm，产生的激光信号的光谱线宽小于等于300kHz；所述激光信号的出射方向与所述光子集成芯片基底的表面平行；
在所述前反射区远离所述光波导的一侧制备所述半导体光放大器；所述半导体光放大器用于增大所述激光信号的功率并输出所述激光信号。
本发明实施例提供的窄线宽输出的片上集成式DBR激光器，相比于常见的窄线宽半导体激光器，具有结构简单、输出线宽较窄、输出功率较高且可以片上集成等特点，可以满足高速光通信的应用要求；同时，激光器结构集成在光子集成芯片上，体积较小，成本低，稳定性高，有利于批量化生产的商业需求。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。
实施例
本发明实施例提供一种用于窄线宽输出的片上集成式分布布拉格反射激光器。图1为本发明实施例提供的一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器的结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器的结构示意图；图3为本发明实施例提供的一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器的结构示意图。结合图1、图2以及图3所示，用于窄线宽输出的片上集成式DBR激光器包括光子集成芯片基底11、分布布拉格反射(Distributed Bragg Reflector，DBR)激光器结构12和半导体光放大器(SemiconductorOptical Amplifier，SOA)13；DBR激光器结构12和半导体光放大器13均集成于光子集成芯片基底11的上方；
沿激光信号的出射方向(如图中S方向所示)，DBR激光器结构12包括后反射区121、增益区122、相位区123、光波导124和前反射区125；DBR激光器10的有效腔长包括后反射区121的厚度、增益区122的厚度、相位区123的厚度、光波导124的厚度和前反射区125的厚度；分布布拉格反射激光器结构12的有效腔长大于或者等于1mm，产生的激光信号的光谱线宽小于或者等于300kHz；激光信号的出射方向与光子集成芯片基底11的表面平行；
其中，半导体光放大器13用于增大激光信号的功率并输出激光信号。
示例性的，本发明实施例提供的一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器包括光子集成芯片基底11和位于光子集成芯片基底11上方的DBR激光器结构12和半导体光放大器13，将DBR激光器结构12和半导体光放大器13集成在光子集成芯片基底11上，DBR激光器结构12为有源器件结构。光子集成芯片基底11可以采用III-V族化合物半导体材料基底，选择不同的基底材料可以得到不同的激光波长，DBR激光器结构12包括后反射区121、增益区122、相位区123、光波导124和前反射区125。光波导124作为激光的传输介质，可以实现激光信号的低损耗传输。其中，激光信号可以称之为激光光束。
通过在相位区123和前反射区125之间放置一段光波导124，增加半导体激光器谐振腔的有效腔长L，沿激光信号的出光方向(如图中S方向所示)，后反射区121的厚度L1、增益区122的厚度L2、相位区123的厚度L3、光波导124的厚度L4和前反射区125的厚度L5之和为DBR激光器谐振腔的有效腔长L。半导体激光器线宽主要受自发辐射噪声和载流子噪声影响，与激光器的内部损耗因子αi以及镜面损耗因子αm成正相关，具体线宽大小与((αm+αi)*αm)成正比。通过增加半导体激光器谐振腔的有效腔长，可以减小激光器的内部损耗和镜面损耗，从而达到减小激光器光谱线宽的效果。具体的，设置分布布拉格反射激光器结构的有效腔长大于等于1mm，使得产生的激光信号的光谱线宽小于等于300kHz，通过控制半导体激光器谐振腔的有效腔长L，使得半导体激光器的光谱线宽FWHM≤300kHz，满足相干通信系统窄线宽应用要求。
继续参照图1-图3所示，半导体光放大器13位于前反射区125远离光波导124的一侧，可以采用对接生长技术与前光栅区125的腔面连接，实现对激光信号的功率放大与输出。
DBR激光器和半导体光放大器SOA是有源器件结构，无源光波导为无源结构，有源结构和无源结构通过光子集成方式实现单片集成。本发明提供的窄线宽输出的片上集成式DBR激光器集成在光子集成芯片上，芯片长宽一般都在毫米量级，具有体积较小、成本低、稳定性高等优点，有利于批量化商业生产。
综上，本发明实施例提供的窄线宽输出的片上集成式DBR激光器，与传统的DBR半导体激光器谐振腔结构不同，激光器谐振腔结构包括后反射区的厚度、增益区的厚度、相位区的厚度、光波导的厚度和前反射区的厚度，激光器谐振腔的有效腔长较长，输出光谱线宽较窄，满足相干通信系统窄线宽应用要求。
可选的，分布布拉格反射激光器结构的有效腔长为L，1mm≤L≤2cm。通过调整光波导的厚度L4，使得片上集成式DBR激光器谐振腔的有效腔长L满足：1mm≤L≤2cm，在满足片上集成式DBR激光器的激光出光要求和片上集成的同时，有效减小片上集成式DBR激光器的输出光谱线宽。
可选的，继续参考图1-图3所示，光波导124包括无源光波导和有源光波导，用于增加分布布拉格反射激光器结构的有效腔长和减小分布布拉格反射激光器结构输出的光谱线宽。光波导124按照有无驱动源，可分为有源光波导和无源光波导，其中，有源光波导对光波导具有调制功能，无源光波导对光波呈现出静态特性，通过增加光波导124的厚度，可以增加分布布拉格反射激光器结构的有效腔长和减小分布布拉格反射激光器结构输出的光谱线宽，满足DBR激光器的应用需求。
可选的，片上光子集成芯片基底包括III-V族化合物半导体材料。例如，常见的磷化铟(InP)、砷化镓(GaAs)等均是天然的直接带隙半导体材料，其价带顶和导带底位于波矢空间同一位置，因此具有较高的发光效率；且III-V材料电子迁移率较高，可以提升激光器的工作速度并降低功耗。集成芯片基底包括GaAs基底、InP基底以及InGaAs基底中的至少一种。
可选的，结合图2所示，光子集成芯片基底11包括硅光半导体材料以及III-V族化合物半导体材料；硅光半导体材料包括Si基底以及位于第一部分Si基底一侧的Si/SiO2基底；相位区123、无源光波导124和前反射区125分别位于SiO2基底远离Si基底的一侧；III-V族化合物半导体材料位于第二部分Si基底的一侧；后反射区121、增益区122和半导体光放大器13分别位于III-V族化合物半导体材料远离Si基底的一侧。
示例性的，参考图2所示，可以将DBR激光器结构集成在硅光半导体材料以及III-V族化合物半导体材料为基底的光子集成芯片上，其中，第一部分为Si基底与Si/SiO2基底重叠区域S1，第二部分为Si基底除去重叠区域S1的其余区域。在Si/SiO2基底材料上方可直接生长分布布拉格反射激光器的相位区123、无源光波导124和前反射区125，在Si基底材料上方生长III-V族化合物半导体材料后再生长分布布拉格反射激光器的后反射区121和增益区122以及半导体光放大器13。采用该结构设计，可以实现真正的片上系统SoC(System onChip)，从而大幅度降低了高速相干通信系统的复杂度。
可选的，结合图3所示，光子集成芯片基底11包括硅光半导体材料以及III-V族化合物半导体材料；硅光半导体材料包括Si基底以及位于第三部分Si基底一侧的SiO2基底；相位区123和前反射区125分别位于SiO2基底远离Si基底的一侧；III-V族化合物半导体材料位于第四部分Si基底的一侧，后反射区121、增益区122、有源光波导124和半导体光放大器13分别位于III-V族化合物半导体材料远离Si基底的一侧。
示例性的，结合图3所示，可以将DBR激光器结构集成在以III-V族化合物半导体材料和硅光半导体材料为基底的光子集成芯片上，其中，第三部分为Si基底与SiO2基底重叠区域S2，第四部分为Si基底除去重叠区域S2的其余区域。在SiO2基底材料上方可直接生长分布布拉格反射激光器的相位区123和前反射区125，在Si基底材料上方生长III-V族化合物半导体材料后再生长分布布拉格反射激光器的后反射区121、有源光波导124和增益区122以及半导体光放大器13。采用该结构设计，也可以实现真正的片上系统SoC(System onChip)，从而大幅度降低了高速相干通信系统的复杂度。
可选的，继续参照图1所示，后反射区121至少包括两层折射率材料不同的光栅层；前反射区125包括至少两层不同折射率材料的光栅层；前反射区125与后反射区121形成分布布拉格反射激光器结构12的谐振腔端面。可选的，后反射区121包括反射镜。
示例性的，后反射区121一方面包括至少两层折射率材料不同的光栅层，另一方面包括反射镜，前反射区125包括至少两层折射率材料不同的光栅层，后反射区121和前反射区125是由折射率渐变的材料组成的，通过调整后后反射区121和前反射区125的材料的折射率，使得后反射区121和前反射区125形成半导体激光器的谐振腔端面，用于激光信号的反射和激光模式的选择输出。
可选的，继续参照图1所示，增益区122包括增益介质，增益介质用于放大激光信号。
示例性的，增益区是激光器的半导体增益介质材料构成的，用于激光信号的放大。
可选的，相位区用于改变激光的输出波长，通过对相位区加热或者改变注入电流，相位区材料的折射率发生变化，从而改变整个谐振腔的有效折射率，实现激光输出波长的调谐。
可选的，光波导包括无源光波导和有源光波导，用于增加分布布拉格反射激光器结构的有效腔长，减小分布布拉格反射激光器结构的光谱线宽。
可选的，半导体光放大器13具有增加激光信号光功率并传输激光信号的优势。
综上，本发明提供的窄线宽输出的片上集成式DBR激光器集成在光子集成芯片上，相比于常见的窄线宽半导体激光器，具有结构简单、输出线宽较窄且可以片上集成等特点，可以满足高速光通信方面相关应用的要求。
基于同一个发明构思，本发明实施例还提供了一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器的制备方法，用于制备上述实施例提供的窄线宽输出的片上集成式DBR激光器。图4为本发明实施例提供的一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器的制备方法的流程示意图。如图4所示，窄线宽输出的片上集成式DBR激光器的制备方法包括；
S101、提供光子集成芯片基底。
示例性的，结合图1所示，提供光子集成芯片基底11，一方面包括III-V族化合物半导体材料，例如，常见的GaAs基底、InP基底以及InGaAs基底中的至少一种；另一方面包括硅光半导体材料，包括Si基底以及Si/SiO2基底。
S102、在光子集成芯片基底的一侧制备分布布拉格反射激光器结构。
其中，沿激光信号的出射方向，分布布拉格反射激光器结构包括后反射区、增益区、相位区、光波导和前反射区；分布布拉格反射激光器结构的有效腔长包括后反射区的厚度、增益区的厚度、相位区的厚度、光波导的厚度和前反射区的厚度；分布布拉格反射激光器结构的有效腔长大于等于1mm，产生的激光信号的光谱线宽小于等于300kHz；激光信号的出射方向与光子集成芯片基底的表面平行；
进一步的，在光子集成芯片基底11一侧制备分布布拉格反射激光器结构12，满足沿激光信号的出射方向，分布布拉格反射激光器结构12包括后反射区121、增益区122、相位区123、光波导124和前反射区125，后反射区121的厚度、增益区122的厚度、相位区123的厚度、光波导124的厚度和前反射区125的厚度之和为分布布拉格反射激光器结构的有效腔长L，有效腔长L可根据光波导124的厚度可调，设置有效腔长大于等于1mm，从而使得产生的激光信号的光谱线宽小于等于300kHz，起到减小半导体激光器的光谱线宽的目的。
S103、在前反射区远离光波导的一侧制备半导体光放大器，半导体光放大器用于增大激光信号的功率并输出激光信号。
进一步，继续参照图1所示，在分布布拉格反射激光器结构12之后，在前反射区125远离光波导124的一侧制备半导体光放大器13，例如采用对接生长技术与前光栅区的腔面接触，实现增大激光信号的功率并输出激光信号。
综上，通过此方式制备的DBR半导体激光器，具有输出线宽窄、体积小、稳定性高等特点，可以集成在以III-V族化合物半导体材料或硅光半导体材料为基底的光子集成芯片上，实现真正的片上系统SoC(System on Chip)，从而大幅度降低了高速相干通信系统的复杂度，相比于常见的窄线宽半导体激光器，具有结构简单、输出线宽较窄且可以片上集成等特点，可以满足高速光通信方面相关应用的要求。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，本发明的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器，其特征在于，包括光子集成芯片基底、分布布拉格反射激光器结构和半导体光放大器；所述分布布拉格反射激光器结构和所述半导体光放大器均集成于所述光子集成芯片基底的上方；
沿激光信号的出射方向，所述分布布拉格反射激光器结构包括后反射区、增益区、相位区、光波导和前反射区；所述分布布拉格反射激光器结构的有效腔长包括所述后反射区的厚度、所述增益区的厚度、所述相位区的厚度、所述光波导的厚度和所述前反射区的厚度；所述分布布拉格反射激光器结构的有效腔长大于或者等于1mm，产生的激光信号的光谱线宽小于或者等于300kHz；所述激光信号的出射方向与所述光子集成芯片基底的表面平行；
其中，所述半导体光放大器用于增大所述激光信号的功率并输出所述激光信号。
2.根据权利要求1所述的片上集成式DBR激光器，其特征在于，所述分布布拉格反射激光器结构的有效腔长为L，1mm≤L≤2cm。
3.根据权利要求1所述的片上集成式DBR激光器，其特征在于，所述光波导包括无源光波导和有源光波导，用于增加所述分布布拉格反射激光器结构的有效腔长和减小所述分布布拉格反射激光器结构输出的光谱线宽。
4.根据权利要求1所述的片上集成式DBR激光器，其特征在于，所述光子集成芯片基底包括III-V族化合物半导体材料；所述III-V族化合物半导体材料包括GaAs基底、InP基底以及InGaAs基底中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的片上集成式DBR激光器，其特征在于，所述光子集成芯片基底包括硅光半导体材料以及III-V族化合物半导体材料；所述硅光半导体材料包括Si基底以及位于第一部分所述Si基底一侧的Si/SiO2基底；所述相位区、所述无源光波导和前反射区分别位于所述SiO2基底远离所述Si基底的一侧；所述III-V族化合物半导体材料位于第二部分所述Si基底的一侧；所述后反射区、所述增益区和所述半导体光放大器分别位于所述III-V族化合物半导体材料远离所述Si基底的一侧。
6.根据权利要求3所述的片上集成式DBR激光器，其特征在于，所述光子集成芯片基底包括硅光半导体材料以及III-V族化合物半导体材料；所述硅光半导体材料包括Si基底以及位于第三部分所述Si基底一侧的SiO2基底；所述相位区和所述前反射区分别位于所述SiO2基底远离所述Si基底的一侧；所述III-V族化合物半导体材料位于第四部分所述Si基底的一侧，所述后反射区、所述增益区、所述有源光波导和所述半导体光放大器分别位于所述III-V族化合物半导体材料远离所述Si基底的一侧。
7.根据权利要求1所述的片上集成式DBR激光器，其特征在于，所述后反射区至少包括两层不同折射率材料的光栅层；
所述前反射区包括至少包含两层不同折射率材料的光栅层；
所述前反射区与所述后反射区形成所述分布布拉格反射激光器结构的谐振腔端面。
8.根据权利要求1所述的片上集成式DBR激光器，其特征在于，所述后反射区还包括反射镜。
9.根据权利要求1所述的片上集成式DBR激光器，其特征在于，所述增益区包括半导体增益介质，用于放大所述激光信号。
10.一种窄线宽输出的片上集成式DBR激光器的制备方法，用于制备权利要求1-9任一项所述的窄线宽输出的单片集成式DBR激光器，其特征在于，该制备方法包括；
提供光子集成芯片基底；
在所述光子集成芯片基底的一侧制备分布布拉格反射激光器结构；沿激光信号的出射方向，所述分布布拉格反射激光器结构包括后反射区、增益区、相位区、光波导和前反射区；所述分布布拉格反射激光器结构的有效腔长包括所述后反射区的厚度、所述增益区的厚度、所述相位区的厚度、所述光波导的厚度和所述前反射区的厚度；所述分布布拉格反射激光器结构的有效腔长大于等于1mm，产生的激光信号的光谱线宽小于等于300kHz；所述激光信号的出射方向与所述光子集成芯片基底的表面平行；
在所述前反射区远离所述光波导的一侧制备所述半导体光放大器；所述半导体光放大器用于增大所述激光信号的功率并输出所述激光信号。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210030396.9A CN114421281A (zh) | 2022-01-12 | 2022-01-12 | 一种窄线宽输出的片上集成式dbr激光器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210030396.9A CN114421281A (zh) | 2022-01-12 | 2022-01-12 | 一种窄线宽输出的片上集成式dbr激光器及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114421281A true CN114421281A (zh) | 2022-04-29 |
Family
ID=81273089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210030396.9A Pending CN114421281A (zh) | 2022-01-12 | 2022-01-12 | 一种窄线宽输出的片上集成式dbr激光器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114421281A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115377792A (zh) * | 2022-09-21 | 2022-11-22 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 单片集成内反馈窄线宽半导体激光器 |
| WO2025091708A1 (zh) * | 2023-10-31 | 2025-05-08 | 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 | 激光器及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040218639A1 (en) * | 2003-05-02 | 2004-11-04 | Oh Su Hwan | Sampled grating distributed feedback wavelength tunable semiconductor laser integrated with sampled grating distributed bragg reflector |
| CN103858294A (zh) * | 2011-08-26 | 2014-06-11 | 奥兰若技术有限公司 | 单片集成的可调谐半导体激光器 |
| US20150010033A1 (en) * | 2011-08-26 | 2015-01-08 | Oclaro Technology Ltd | Monolithically Integrated Tunable Semiconductor Laser |
| CN106129806A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-11-16 | 中国科学院半导体研究所 | 基于外腔式窄线宽分布式布拉格反射半导体激光器 |
| CN112421357A (zh) * | 2020-10-08 | 2021-02-26 | 武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司 | 一种用于高功率光纤激光器的调频式半导体种子源 |
| CN113285348A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-08-20 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 单芯片窄线宽半导体激光器及其制备方法 |
-
2022
- 2022-01-12 CN CN202210030396.9A patent/CN114421281A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040218639A1 (en) * | 2003-05-02 | 2004-11-04 | Oh Su Hwan | Sampled grating distributed feedback wavelength tunable semiconductor laser integrated with sampled grating distributed bragg reflector |
| CN103858294A (zh) * | 2011-08-26 | 2014-06-11 | 奥兰若技术有限公司 | 单片集成的可调谐半导体激光器 |
| US20150010033A1 (en) * | 2011-08-26 | 2015-01-08 | Oclaro Technology Ltd | Monolithically Integrated Tunable Semiconductor Laser |
| CN106129806A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-11-16 | 中国科学院半导体研究所 | 基于外腔式窄线宽分布式布拉格反射半导体激光器 |
| CN112421357A (zh) * | 2020-10-08 | 2021-02-26 | 武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司 | 一种用于高功率光纤激光器的调频式半导体种子源 |
| CN113285348A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-08-20 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 单芯片窄线宽半导体激光器及其制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115377792A (zh) * | 2022-09-21 | 2022-11-22 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 单片集成内反馈窄线宽半导体激光器 |
| WO2025091708A1 (zh) * | 2023-10-31 | 2025-05-08 | 青岛海信宽带多媒体技术有限公司 | 激光器及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN212725953U (zh) | 一种高调制速率的混合集成半导体激光器 | |
| CN110323665B (zh) | 波长可调直接调制硅基外腔激光器 | |
| CN113644542B (zh) | 基于掺铒铌酸锂薄膜的稳频和调频激光器及制备方法 | |
| KR101940071B1 (ko) | 수직 공진 표면광 레이저와 실리콘 광학소자를 이용한 외부 공진 레이저 | |
| US10992107B2 (en) | Narrow-linewidth laser | |
| CN113809634A (zh) | 一种基于铌酸锂光子波导的混合集成外腔可调谐激光器 | |
| CN116544780A (zh) | 一种基于氮化硅外腔的高性能可调谐半导体激光器 | |
| CN111342342B (zh) | 集成迈克尔逊干涉仪-双程放大器的iii-v/硅基端面耦合外腔激光器 | |
| CN114421281A (zh) | 一种窄线宽输出的片上集成式dbr激光器及其制备方法 | |
| CN105144509B (zh) | 一种激光器 | |
| JP2007005594A (ja) | 半導体光素子及びそれを用いたモジュール | |
| CN116865090A (zh) | 一种高功率窄线宽外腔半导体激光器 | |
| CN113644543B (zh) | 一种波长可调谐的半导体激光器 | |
| CN114050473B (zh) | 单片集成窄线宽耦合腔半导体激光器 | |
| JP7095605B2 (ja) | 波長可変レーザ | |
| JP7517738B2 (ja) | 狭線幅レーザー | |
| CN105281199B (zh) | 频率间隔连续可调的v型耦合腔双波长半导体激光器 | |
| JP2012256667A (ja) | 半導体レーザ光源 | |
| CN118539289A (zh) | 窄线宽大功率复合光子晶体半导体激光器结构、器件及方法 | |
| CN115207770A (zh) | 一种基于光-光谐振效应的超高带宽高功率直调激光器 | |
| CN116247511A (zh) | 一种基于异构集成的玻璃基高功率窄线宽半导体激光器 | |
| US20140199020A1 (en) | System for transmitting optical signals | |
| CN120357268B (zh) | 一种基于铌酸锂光子波导的混合集成外腔可调谐激光器 | |
| JPH0147031B2 (zh) | ||
| CN222441090U (zh) | 集成马赫-曾德尔干涉型调制器的外调制激光器芯片 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220429 |