可調諧激光器裝置的制造方法
【專利摘要】一種可調諧激光器裝置包括多區段分布式反饋DFB激光器，所述多區段DFB激光器具有：第一布拉格區段(3)，其包括波導(6)及布拉格光柵，第二布拉格區段，其包括波導及布拉格光柵，相位區段(2)，其縱向地位于所述第一布拉格區段與所述第二布拉格區段之間，所述相位區段是由無源材料制成，每一布拉格區段具有接合所述相位區段的第一縱向端及與所述相位區段相對的第二縱向端，其中至少一個布拉格區段的所述布拉格光柵具有光柵耦合系數，所述光柵耦合系數從所述至少一個布拉格區段的所述第一縱向端到所述第二縱向端減小。
【專利說明】
可調諧激光器裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及用于光學通信中的發射裝置的領域，尤其涉及適合于波分多路復用系 統的可調諧激光器。
【背景技術】
[0002] 為對對于信息的傳輸中的流動速率的不斷增長的需要作出響應，使用波分多路復 用系統(WDMhWDM在于在單個光纖中組合處于不同波長的多個信號。根據此方法，光纖的全 局流動速率為所有信號的流動速率的和。然而，必須在發射中及在接收中精確地控制每一 信號的波長以避免信號干擾。
[0003] 信號的發射的未經控制波長可致使所述信號以與同一光纖中的另一信號相同的 波長流動，從而致使兩個信號的質量均下降。此類干擾也被稱為光譜碰撞。接收器裝置對未 經控制信號的接收也可導致兩個信號的質量的降級或甚至導致對除打算到達所述接收器 裝置的信號以外的另一信號的檢測。為控制由光纖傳輸的每一信號的波長，可在WDM中使用 具有可調諧波長的光學發射器裝置。
【發明內容】
[0004] 在實施例中，本發明提供一種可調諧激光器裝置，其包括多區段分布式反饋(DFB) 激光器，所述多區段DFB激光器具有：
[0005] -第一布拉格(Bragg)區段，其呈有源材料，包括呈伸長條帶的形式的波導及垂直 于所述波導的所述條帶的長度方向延伸的多個齒，所述光柵齒形成布拉格光柵，
[0006] -第二布拉格區段，其呈有源材料，包括呈伸長條帶的所述形式的波導及垂直于所 述波導的所述條帶的所述長度方向延伸的多個齒，所述光柵齒形成布拉格光柵，
[0007] -相位區段，其縱向地位于所述第一布拉格區段與所述第二布拉格區段之間，所述 相位區段是由無源材料制成，每一布拉格區段具有接合所述相位區段的第一縱向端及與所 述相位區段相對的第二縱向端，
[0008] 其中至少一個布拉格區段的所述布拉格光柵具有光柵親合系數，所述光柵親合系 數從所述至少一個布拉格區段的所述第一縱向端到所述第二縱向端減小。
[0009] 根據實施例，此類可調諧激光器裝置可包括以下特征中的一者或多者。
[0010]在實施例中，兩個布拉格區段均具有從其第一縱向端到其第二縱向端減小的光柵 耦合系數，光柵耦合系數具有相反梯度。
[0011] 在實施例中，所述布拉格區段包括呈伸長條帶的所述形式的光柵層，所述光柵層 包括所述光柵齒。
[0012] 在實施例中，沿所述光柵層的所述條帶的所述縱向方向的所述光柵齒的所述長度 從所述至少一個布拉格區段的所述第一縱向端到所述第二縱向端減小。在此實施例中，沿 所述光柵層的所述條帶的縱向方向的所述光柵齒的長度從所述至少一個布拉格區段的所 述第一縱向端到所述第二縱向端沿所述布拉格區段的長度的50%或50%以上的所述光柵 層的所述條帶的所述縱向方向從所述光柵層的所述條帶中的所述光柵齒的初始填充比率 增加，或者從所述至少一個布拉格區段的所述第一縱向端到所述第二縱向端沿所述布拉格 區段的所述長度的50%或50%以下的所述光柵層的所述條帶的所述縱向方向從所述光柵 層的所述條帶中的所述光柵齒的初始填充比率減小。
[0013] 在實施例中，沿所述光柵層的所述條帶的所述縱向方向的所述光柵層的所述條帶 中的所述光柵齒的所述初始填充比率在所述至少一個布拉格區段的所述第一縱向端處介 于所述布拉格區段的所述長度的55%與45%之間。舉例來說，所述光柵齒的填充比率可從 55 %增加到90 %或可從50 %減小到10 %。
[0014] 在實施例中，每一光柵齒沿所述光柵層的所述條帶的所述縱向方向具有相同長 度，且增加數目的光柵齒從所述至少一個布拉格區段的所述第一縱向端到所述第二縱向端 被抑制。
[0015] 在實施例中，所述布拉格光柵位于所述至少一個布拉格區段的所述波導中，所述 光柵齒是直接在所述波導中被蝕刻。在此實施例中，沿垂直于所述波導的所述條帶的所述 縱向方向的寬度方向的所述光柵齒的橫向深度從所述至少一個布拉格區段的所述第一縱 向端到所述第二縱向端減小。在實施例中，所述布拉格光柵位于所述至少一個布拉格區段 的所述波導的側上，所述光柵齒是直接在所述波導的所述側中被蝕刻。在另一實施例中，所 述布拉格光柵位于所述至少一個布拉格區段的所述波導的中心上，所述光柵齒是直接在所 述波導的中心被蝕刻。
[0016] 在實施例中，從所述至少一個布拉格區段的第一端到第二端，至少一個布拉格區 段中的所述光柵齒的形狀從一形狀演變到另一形狀。
[0017]在實施例中，所述相位區段由具有介于1.3μηι與1.45μηι之間的帶隙的半導體材料 制成。
[0018] 在實施例中，所述布拉格區段中的一者比另一布拉格區段長。
[0019] 在實施例中，沿所述至少一個布拉格區段的所述縱向方向的所述相位區段的長度 為 100μL?ο
[0020] 在實施例中，沿垂直于所述光柵層的所述條帶的所述縱向方向及所述寬度方向的 深度方向，位于所述光柵層與所述波導之間的空間層的厚度從所述至少一個布拉格區段的 所述第一端到所述第二端增加。
[0021] 在實施例中，光柵層材料的指數從所述至少一個布拉格區段的所述第一端到所述 第二端減小。
[0022] 在實施例中，所述相位區段包含能夠將電流注入于所述相位區段中的電極。在實 施例中，每一布拉格區段包含能夠將電流注入于所述布拉格區段中的電極。
[0023] 在實施例中，本發明還提供一種光子集成電路，其包含：
[0024]-如上文所描述的可調諧激光器，
[0025] -調制器，其連接到所述可調諧激光器以接收待調制的所述可調諧激光器的輸出 信號。
[0026] 在實施例中，本發明還提供一種光子集成電路，其包含：
[0027]-如上文所描述的可調諧激光器，
[0028]-光電二極管，所述光電二極管位于所述可調諧激光器的一端處以監測所述可調 諧激光器的光功率。
[0029] 在實施例中，本發明還提供一種光學通信終端，其包含如此處上文所描述的可調 諧激光器。
[0030] 本發明還提供一種用于制作多區段分布式反饋可調諧激光器的方法，所述方法包 括：
[0031] -在襯底上生長波導層，
[0032] -在所述波導層上生長光柵層，
[0033]-將第一掩模沉積于第一布拉格區段及第二布拉格區段上，
[0034] -在所述第一布拉格區段與所述第二布拉格區段之間的相位區段中向下蝕刻所述 光柵層直到所述襯底，
[0035] -在所述相位區段中生長無源材料，
[0036]-抽出所述第一掩模，
[0037] -將第二掩模沉積于所述襯底上，所述第二掩模完全覆蓋所述相位區段中的所述 無源材料且部分地覆蓋所述第一布拉格區段及所述第二布拉格區段中的所述光柵層，所述 第二掩模在所述布拉格區段中具有覆蓋比率，
[0038] 其中至少一個布拉格區段中的所述掩模的所述覆蓋比率從所述至少一個布拉格 區段的接合所述相位區段的第一縱向端到所述至少一個布拉格區段的與所述相位區段相 對的第二縱向端減小，
[0039] -蝕刻所述第一布拉格區段及所述第二布拉格區段的未被所述第二掩模覆蓋的區 域中的所述光柵層以便產生布拉格光柵，其中所述至少一個布拉格區段中的所述布拉格光 柵具有光柵耦合系數，所述光柵耦合系數從所述至少一個布拉格區段的所述第一縱向端到 所述第二縱向端減小。
[0040] 本發明還提供一種用于制作多區段分布式反饋可調諧激光器的方法，所述方法包 括：
[0041] -在襯底上生長波導層，
[0042] -將第一掩模沉積于第一布拉格區段及第二布拉格區段上，
[0043] -在所述第一布拉格區段與所述第二布拉格區段之間的相位區段中向下蝕刻所述 波導層直到所述襯底，
[0044] -在所述相位區段中生長無源材料，
[0045] -抽出所述第一掩模，
[0046] -將第二掩模沉積于所述襯底上，所述第二掩模覆蓋所述相位區段中的所述無源 材料的條帶且部分地覆蓋所述第一布拉格區段及所述第二布拉格區段的條帶，所述第二掩 模在所述布拉格區段中具有覆蓋比率，
[0047] 其中至少一個布拉格區段中的所述掩模的所述覆蓋比率從所述至少一個布拉格 區段的接合所述相位區段的第一縱向端到所述至少一個布拉格區段的與所述相位區段相 對的第二縱向端增加，
[0048] -蝕刻所述第一布拉格區段及所述第二布拉格區段的未被所述第二掩模覆蓋的區 域中的所述波導以便在所述波導的側上產生布拉格光柵，且其中所述至少一個布拉格區段 中的所述布拉格光柵具有光柵耦合系數，所述光柵耦合系數從所述至少一個布拉格區段的 所述第一縱向端到所述第二縱向端減小。
[0049] 本發明起源于對需要精確地控制光纖傳輸系統中的每一激光器的發射波長的觀 察。用簡單機構調諧激光器波長(~lnm到2nm調諧范圍）的可能性對于在反饋回路中進行準 確且簡單的波長控制以確保每一激光器在所要波長上(例如在標準化國際電信聯盟（ITU) 波長上)精確地發射為有利的。
[0050] 本發明基于的理念在于提供大頻率調制能力以便以快速響應產生可(舉例來說） 用于相干傳輸中的特定格式。
[0051] 本發明的另一方面為提出一種具有簡單控制的可調諧激光器。本發明的另一方面 為提出一種為低功率消耗的可調諧激光器。本發明的另一方面為將操作激光器保持處于低 溫下。本發明的另一方面為提供一種具有穩定輸出功率的可調諧激光器。本發明的另一方 面為提供不具有模式跳躍的此激光器。本發明的理念還為提供一種可調諧激光器同時維持 單模態特性。
【附圖說明】
[0052]將從下文參考圖式以實例方式描述的實施例明了且參考所述實施例闡明本發明 的這些及其它方面。
[0053]-圖1到5表示可調諧激光器的制造方法，所述可調諧激光器具有介于兩個布拉格 區段之間的由無源材料制成的中心區段；
[0054]-圖6到9表示圖1到5的可調諧激光器中的布拉格光柵的制作方法；
[0055] -圖10示意性地圖解說明可用圖1到5的方法制作的可調諧激光器的實施例；
[0056] -圖11圖解說明通過圖10的可調諧激光器中的分布式布拉格反射性進行的法布 里-?羅(Fabry-Perot)模式選擇的示意圖；
[0057]-圖12及13圖解說明圖10的可調諧激光器的阻帶內部的模式的示意圖；
[0058]-圖14及15表示具有介于兩個布拉格區段之間的由無源材料制成的中心區段的可 調諧激光器，所述兩個布拉格區段具有處于相反定向中的可變光柵耦合系數；
[0059]-圖16示意性地圖解說明在另一實施例中的DFB激光源的俯視圖橫截面；
[0060]-圖17是根據圖16中的光柵齒15的深度的光柵耦合系數的圖形表示；
[0061] -圖18是可調諧激光器的調諧能力隨光柵強度調制變化的圖形表示；
[0062] -圖19是調諧范圍以及具有恒定光柵耦合系數的第一 DFB及具有可變光柵耦合系 數的第二DFB的行為的圖形表示，所述第一 DFB及所述第二DFB兩者是用第一實例中的相同 晶片而制作；
[0063]-圖20是調諧范圍以及具有恒定光柵耦合系數的第一 DFB及具有可變光柵耦合系 數的第二DFB的行為的圖形表示，所述第一 DFB及所述第二DFB兩者是用第二實例中的相同 晶片而制作。
【具體實施方式】
[0064]圖1到5圖解說明在多區段分布式反饋激光器(DFB)l的制作過程的不同步驟期間 所述多區段分布式反饋激光器的橫向橫截面。DFB激光器1具有位于兩個布拉格區段3之間 的中心區段2。中心區段2(下文稱為相位區段2)是由無源材料制成。布拉格區段3是由有源 材料制成。布拉格區段3中的電流注入產生光輸出功率。相位區段2中的電流注入允許波長 調諧。
[0065]為制作此DFB激光器1，晶片4包含襯底層5,為有源結構的第一層6外延地生長于所 述襯底層上（圖1)。襯底層5為(舉例來說)InP層。有源層6(舉例來說）由層的堆疊制成，舉例 來說使用由具有較高帶隙的InGaAsP勢皇分離的InGaAsP或InGaAlAs多量子阱制成。
[0066] 在有源層6的生長之后，間隔層7生長于有源層6上。間隔層7可由任何適合材料(舉 例來說與襯底層5(即InP層)相同的材料)制成。
[0067] 光柵層8外延地生長于間隔層7上。根據一定由光柵層8反射的波長來選擇用于生 長此光柵層8的材料，所述波長對應于在使用中的DFB激光器1的發射的波長。通常，光柵層8 對選定波長為透明的。優選地，光柵層8呈現與InP對比的高指數。舉例來說，光柵層由四元 InGaAsP材料制成，所述四元InGaAsP材料針對在1.55μπι左右的C頻帶中操作的組件具有對 應于介于1.17微米與1.4微米(分別由Q1.17及Q1.4指示)之間的光致發光波長的能隙。
[0068] 為形成由無源材料制成的相位區段2,掩模9沉積于晶片4的上部面上。此掩模9在 對應于制作于晶片4上的DFB激光器1的相位區段2的區域中斷開。針對制作于晶片4上的每 一 DFB激光器1，相位區段2具有(舉例來說）100μπι的長度。晶片4可包括數百個此類DFB激光 器1。此長度保證360°相移以覆蓋整個可調諧性范圍(無論初始任意相位條件為何）。在未經 圖解說明的實施例中，相位區段2為縱向無中心的以優化激光器的輸出功率。其上沉積有掩 模9的縱向區段將形成布拉格區段3。此掩模9為(舉例來說)Si0 2掩模。如在圖2中所展示，在 未經掩蔽區段中蝕刻晶片。根據任何適合方法(舉例來說機械或化學蝕刻方法)來執行此蝕 刻步驟。
[0069] 相位區段2接著重新生長有無源層（圖3)。此重新生長可通過不同外延方法而進 行，如舉例來說MBE(分子束外延）、M0VPE(金屬有機氣相外延)或其它。相位區段2由厚的半 導電材料制成，所述半導電材料具有根據在使用中的DFB激光器1的發射的波長而選擇的帶 隙，通常具有對應于介于1.3μηι與1.45μηι之間的光致發光波長的能隙。
[0070] 由于在外延重新生長步驟期間僅多晶體11生長于Si02掩模9上，因此可將掩模9簡 單地剝離且所獲得的結構4包含位于具有有源層6及光柵層8(圖4)的兩個側區段之間的由 無源材料制成的相位區段2。用以制作DFB激光器的此過程被稱為對接接頭過程，然而也可 使用其它過程來制作DFB激光器。
[0071] 如下文參考圖6到9所解釋，接著在兩個布拉格區段3中蝕刻布拉格光柵（圖5)。在 蝕刻兩個布拉格光柵之后，在兩個光柵層8上且在相位區段2上進行InP重新生長12。圖6到9 表不在于圖1到5的可調諧DFB激光器1中的布拉格光柵的制作過程期間布拉格光柵的橫向 橫截面。
[0072]為制作布拉格區段3,使用掩模13(舉例來說呈Si02)。此掩模13覆蓋整個晶片4,尤 其是相位區段2。掩模13使用(舉例來說）電子束寫入及干式蝕刻過程而經局部地蝕刻，從而 產生覆蓋光柵層8的掩模13的多個部分14(圖6)。
[0073] 當形成掩模13的所有部分14時，機械地或化學地蝕刻晶片4(圖7)。由蝕刻產生多 個形狀15(下文稱為光柵齒15)。一旦形成這些光柵齒15,便將掩模13移除（圖8)且進行外延 重新生長16以獲得最后的布拉格光柵(圖9)。
[0074] 可根據用于晶片的材料及/或根據蝕刻過程而通過多種方法制作掩模13。舉例來 說，掩模13可呈光致抗蝕劑。過程還可包含制作呈光致抗蝕劑的第一掩模以便形成呈Si02 的第二掩模。舉例來說，第二Si02掩模可覆蓋有均勻光致抗蝕劑層。光致抗蝕劑掩模層可接 著經局部絕緣(通常運用電子束寫入設備)且經顯影，借此形成開口。此掩模接著用于蝕刻 Si02掩模13，借此將開口轉移到Si02。
[0075] 圖10示意性地圖解說明可運用圖1的方法制造的可調諧激光器的實施例。
[0076] 在此圖解中，用光柵層的規則布拉格光柵17(即用具有恒定耦合系數的布拉格光 柵17)示意性地表示兩個布拉格區段3。相位區段2不具有任何布拉格光柵且由關于操作波 長的無源材料制成。
[0077] 裝置的激射峰值等效于中心偽腔18的法布里-珀羅模式，所述中心偽腔大致由相 位區段2構成且兩倍于光學模式到兩個布拉格區段3中的穿透深度19。通常，由以下等式定 義DFB激光器1的自由光譜范圍20(FSR，在圖11上所展示）：
[0079] 其中ngBragg及分別為布拉格區段及相位區段的群組指數，且其中1^為光學模式 的穿透深度，且W為相位區段2的長度21。
[0080] 圖11圖解說明由圖10的DFB激光器1進行的法布里-珀羅模式選擇的示意圖。更特 定來說，圖11展示每一布拉格區段的反射性(從相位區段的末端可見)及DFB激光器1中的法 布里-珀羅偽腔18的不同模式23。在使用中，通過布拉格區段3的布拉格反射性22來選擇激 射峰值。選定激射峰值對應于具有最接近于布拉格反射性的最大值的波長的法布里-珀羅 偽腔的模式。
[0081] 當電流經注入于相位區段2中時(舉例來說使用包含于相位區段2中的電極），相位 區段2的折射率主要通過等離子效應而減小。因此，相位條件經修改，從而產生波長調諧，如 通過箭頭24由符號表示。通過電流注入，通過布拉格反射性22選擇的法布里-珀羅模式23經 藍移位，從而產生朝向具有較高波長的法布里-珀羅偽腔的下一模式的模式跳躍。
[0082] 圖12及13圖解說明圖10的可調諧激光器的阻帶內部的模式的示意圖。針對給定裝 置結構可實現的調諧范圍處于限于法布里-珀羅偽腔18的FSR 20的第一級。布拉格反射性 22中包含的僅模式23被DFB激光器1反射。相位區段2中的電流注入允許改變選定模式。 [0083]為增加 DFB激光器1的調諧范圍，需要增加 FSR 20,即減小法布里-珀羅偽腔18的長 度。首先，盡可能地減小相位區段的長度，但所述長度必須保持足以提供360°相位調諧，這 通常導致其為100微米。其次，通過增加布拉格區段的耦合系數而減小布拉格穿透長度。然 而，高耦合系數擴寬布拉格反射性光譜22,從而導致法布里-珀羅偽腔的不良模式選擇性及 最終多模態操作。
[0084] 為保持允許單模態行為同時減小法布里-珀羅偽腔18的長度的光柵耦合系數的平 均值，DFB激光器1使用沿著布拉格區段3的可變光柵耦合系數。通常，此可變光柵耦合系數 在相位區段的兩側上具有強光柵耦合系數以減小穿透長度，且這些光柵耦合系數逐漸減小 直到布拉格區段3的縱向邊緣以將光柵耦合系數的平均值保持處于與標準操作激光器條件 兼容的值。光柵間距的寫入時間可與用于標準光柵的寫入時間一樣短。
[0085] 使用可變光柵使得能夠將接近于相位區段的光柵耦合系數的值增加到更高值處 以減小法布里-珀羅偽腔18的長度。但是，光柵耦合系數的平均值經保持為充分低以維持充 分模式選擇性。現在參考圖14、15及5來描述此DFB激光器1的不同實施例。在圖18中圖解說 明此DFB激光器1的可調諧能力，其中經模擬調諧范圍經繪制為沿著DFB激光器區段的光柵 強度調制的函數。在圖18中，沿著以nm為單位的縱坐標軸表示有效運行Y且沿著以cnfVym為 單位的橫坐標表示光柵強度調制X。
[0086]圖14及15圖解說明可調諧激光器的實施例的橫向橫截面，所述可調諧激光器具有 介于具有可變光柵耦合系數的兩個布拉格區段之間的由無源材料制成的中心區段。兩個布 拉格區段的光柵耦合系數的變化處于相反定向中。
[0087]根據此實施例進行的DFB激光器1的制作包含與如關于圖1到5所描述的DFB激光器 1的制作相同的步驟。然而，用于蝕刻光柵層8的掩模13具有旨在將布拉格區段3的光柵耦合 系數從每一布拉格區段3的一個縱向端到另一縱向端改變的特定形狀。更特定來說，光柵層 8的光柵耦合系數從相位區段2到DFB激光器1的每一縱向邊緣24減小。
[0088]為制作此DFB激光器1，用于蝕刻光柵齒15的掩模13包含具有不同特性的多個部分 14。舉例來說，為制作如在圖14中可見的DFB激光器1，在兩個布拉格區段3上的用于掩模13 的部分14的長度從相位區段2到DFB激光器1的縱向邊緣24逐漸減小，同時保持齒之間的恒 定間距。由于用于掩模13的部分14的長度從相位區段2到DFB激光器1的縱向邊緣24逐漸減 小，因此由光柵齒14的蝕刻的步驟產生的光柵齒15的長度也從相位區段2到DFB激光器1的 縱向邊緣24減小。光柵齒15的長度的此縮小導致光柵層8的填充比率的縮小。
[0089]圖15展示其中光柵層8的耦合系數從相位區段2到DFB激光器1的縱向邊緣24逐漸 減小的另一實施例。在此實施例中，每一光柵齒15的長度沿著布拉格區段3為相同的，但增 加數目的光柵齒15從相位區段2到DFB激光器1的縱向邊緣24被抑制，從而產生減小的光柵 耦合系數。
[0090] 從相位區段2到DFB激光器1的縱向邊緣24的光柵層8填充比率的減小及/或光柵齒 15的漸進抑制確保如上文所描述的布拉格區段3中的光柵耦合系數的變化。
[0091] 圖16示意性地圖解說明在另一實施例中的DFB激光器1的俯視圖橫截面。
[0092] 在此實施例中，布拉格光柵是直接在波導層6中被蝕刻。更特定來說，光柵齒15是 直接在波導側壁25中被橫向地蝕刻。接著在旨在獲得波導6的條帶的形式的蝕刻步驟期間， 光柵齒15在波導層6中被蝕刻。
[0093] 光柵齒15沿著布拉格區段3的深度26的變化允許布拉格區段3中的光柵親合系數 的變化。光柵齒15的深度26從相位區段2到DFB激光器1的縱向邊緣24減小確保在相位區段2 旁邊的高光柵耦合系數及在DFB激光器1的縱向邊緣24上的較低光柵耦合系數。關于在圖14 或15中所圖解說明的DFB激光器1，光柵齒15沿著布拉格區段3的深度26的變化確保較大調 諧范圍同時維持DFB激光器1的單模態行為。在圖17上圖解說明光柵耦合系數的變化的實 例，所述圖展示根據光柵齒15在其處經蝕刻的波導層6的寬度27(參見圖16)(以μπι為單位沿 著橫坐標軸表示）的光柵耦合系數Ζ(以cnf 1為單位沿著縱坐標軸表示）的圖形表示。以類似 方式，也可替代在波導的邊緣中而在波導的中心蝕刻凹入部，其中從相位區段2到裝置端24 具有減小的寬度。
[0094] 可在DFB激光器區段中使用布拉格光柵的不同變化(線性減小、冪減小、指數減小 及其它）。可變布拉格光柵可用于塑形DFB激光器區段的布拉格反射性(振幅及半峰全寬）以 修改模式選擇性。可通過使用不同技術來實施布拉格光柵的變化。
[0095]圖18是可調諧激光器的調諧范圍隨光柵強度調制變化的圖形表示。
[0096]圖18表示通過用單個模式操作在DFB激光器1的相位區段2中的電流注入的可實現 調諧范圍（針對40CHT1或50CHT1的平均光柵系數）。當光柵耦合系數為恒定時（調制強度= OcnTVym)，兩個曲線的調諧范圍介于1 · 15nm與1 · 17nm之間。當存在光柵強度的調制時（同時 保持此恒定平均值），DFB激光器1保持單模態行為，但可調諧范圍可大幅增加。舉例來說，在 40CHT 1的光柵強度平均值的情況下（表示于曲線36上），沿著DFB激光器1的為OJcnf1/^的 光柵強度的調制確保介于1.3nm與1.35nm之間的調諧范圍寬度。在50ΟΙΓ 1的光柵強度平均值 及光柵強度的O^cn^Axm的調制的情況下（表示于曲線37上），可調諧范圍寬度可增加到 1.25nm〇
[0097] 最后，無論初始任意相位條件為何，均實現并完全覆蓋較大調諧范圍。這些較好的 調諧特性是與良好的靜態激光器性能(低閾值電流及高光輸出功率)一起，且在不修改DFB 激光器的溫度的情況下實現的。
[0098] 由于對波長的精確控制，因此可調諧激光器也可用于傳輸作為對光頻率的調制的 數據(即通過將基帶信號施加到調諧電極）。
[0099] 圖19是調諧范圍W(以nm為單位沿著縱坐標軸表示）以及具有恒定光柵耦合系數的 第一 DFB及具有可變光柵耦合系數的第二DFB的行為的圖形表示，所述第一 DFB及所述第二 DFB兩者是用第一實例中的相同晶片而制作。
[0100] 在具有由無源材料制成且為100μπι的長度的相位區段的相同晶片中，實驗測量展 示：
[0101] -82CHT1的恒定光柵耦合系數28導致具有小于0.4nm的調諧范圍的多模態行為；
[0102] -75CHT1的恒定光柵耦合系數29導致具有0.4nm的調諧范圍的多模態行為；
[0103]-從在相位區段旁邊的98(31^1開始且減小到DFB激光器的邊緣上的66(311^(因此保 持82CHT1的平均光柵耦合系數)的可變光柵耦合系數30導致具有大于0.8nm的調諧范圍的單 模態行為；
[0104]-從在相位區段旁邊的98〇1^開始且減小到DFB激光器的邊緣上的52〇1^(因此保 持75CHT1的平均光柵耦合系數)的可變光柵耦合系數31導致具有大于0.8nm的調諧范圍的單 模態行為。
[0105]圖20是調諧范圍W(以nm為單位沿著縱坐標軸表示）以及具有恒定光柵耦合系數的 第一 DFB及具有可變光柵耦合系數的第二DFB的行為的圖形表示，所述第一 DFB及所述第二 DFB兩者是用第二實例中的相同晶片而制作。
[0106] 對具有由無源材料制成且為100μπι的長度的相位區段的另一晶片進行的另一實驗 展示：
[0107] -82〇1^的恒定光柵耦合系數32導致具有小于lnm的調諧范圍的多模態行為；
[0108] -75CHT1的恒定光柵耦合系數33導致具有大于0.8nm的調諧范圍的單模態行為；
[0109]-從在相位區段旁邊的98(31^1開始且減小到DFB激光器的邊緣上的66(311^(因此保 持82CHT1的平均光柵耦合系數)的可變光柵耦合系數34導致具有大于1.2nm的調諧范圍的單 模態行為；
[0110]-從在相位區段旁邊的98〇1^開始且減小到DFB激光器的邊緣上的52〇1^(因此保 持75CHT1的平均光柵耦合系數)的可變光柵耦合系數35導致具有大于0.8nm的調諧范圍且大 于關于75CHT1的恒定光柵耦合系數的調諧范圍的單模態行為。
[0111] 兩個實驗之間的差別是由制造工件造成，但兩個實驗均展示當在保持相同平均值 的同時使耦合比率系數沿著布拉格區段減小時關于單模態行為的經改進調諧范圍。
[0112] 上述激光源可直接應用于WDM系統中的傳輸器的波長控制，或用于基于相位調制 的任何應用(相干傳輸、雙重調制中的啁嗽(chirp)管理及其它）。具有可變耦合系數的布拉 格區段也可經整合于分布式布拉格反射器激光器中。
[0113] 本發明不限于所描述實施例。所附權利要求書應理解為體現所屬領域的技術人員 可聯想到的所有修改及替代構造，所述修改及替代構造完全歸屬于此處陳述的基本教示。
[0114] 使用動詞"包括"或"包含"及其詞形變化并不排除存在除權利要求中所陳述的那 些元件或步驟以外的元件或步驟。此外，在元件前面的冠詞"一(a或an)"并不排除存在多個 此些元件或步驟。
【主權項】
1. 一種可調諧激光器裝置，其包括多區段分布式反饋DFB激光器，所述多區段DFB激光 器具有： 第一布拉格區段，其呈有源材料，包括呈伸長條帶的形式的波導及垂直于所述波導的 所述條帶的長度方向延伸的多個齒，所述光柵齒形成布拉格光柵， 第二布拉格區段，其呈有源材料，包括呈伸長條帶的所述形式的波導及垂直于所述波 導的所述條帶的所述長度方向延伸的多個齒，所述光柵齒形成布拉格光柵， 相位區段，其縱向地位于所述第一布拉格區段與所述第二布拉格區段之間，所述相位 區段是由無源材料制成，每一布拉格區段具有接合所述相位區段的第一縱向端及與所述相 位區段相對的第二縱向端， 其中至少一個布拉格區段的所述布拉格光柵具有光柵耦合系數，所述光柵耦合系數從 所述至少一個布拉格區段的所述第一縱向端到所述第二縱向端減小。2. 根據權利要求1所述的可調諧激光器，其中兩個布拉格區段均具有從其第一縱向端 到其第二縱向端減小的光柵耦合系數，所述光柵耦合系數具有互相相反梯度。3. 根據權利要求1到2中任一權利要求所述的可調諧激光器，其中所述布拉格區段包括 呈伸長條帶的所述形式的光柵層，所述光柵層包括所述光柵齒。4. 根據權利要求3所述的可調諧激光器，其中沿所述光柵層的所述條帶的縱向方向的 所述光柵齒的長度從所述至少一個布拉格區段的所述第一縱向端到所述第二縱向端沿所 述布拉格區段的長度的50%或50%以上的所述光柵層的所述條帶的所述縱向方向從所述 光柵層的所述條帶中的所述光柵齒的初始填充比率增加，或者從所述至少一個布拉格區段 的所述第一縱向端到所述第二縱向端沿所述布拉格區段的所述長度的50%或50%以下的 所述光柵層的所述條帶的所述縱向方向從所述光柵層的所述條帶中的所述光柵齒的初始 填充比率減小。5. 根據權利要求3到4中任一權利要求所述的可調諧激光器，其中在所述至少一個布拉 格區段的所述第一縱向端處，所述光柵層的所述填充比率的所述初始值介于55%與45%之 間。6. 根據權利要求3到5中任一權利要求所述的可調諧激光器，其中沿垂直于所述光柵層 的所述條帶的所述縱向方向的寬度方向的所述光柵層中的所述光柵齒的寬度從所述至少 一個布拉格區段的所述第一縱向端到所述第二縱向端變化。7. 根據權利要求3到6中任一權利要求所述的可調諧激光器，其中每一光柵齒沿所述光 柵層的所述條帶的所述縱向方向具有相同長度，且增加數目的光柵齒從所述至少一個布拉 格區段的所述第一縱向端到所述第二縱向端被抑制。8. 根據權利要求1到2中任一權利要求所述的可調諧激光器，其中所述布拉格光柵位于 所述至少一個布拉格區段的所述波導中，所述光柵齒是直接在所述波導中被蝕刻，且其中 沿垂直于所述波導的所述條帶的所述縱向方向的寬度方向的所述光柵齒的橫向深度從所 述至少一個布拉格區段的所述第一縱向端到所述第二縱向端減小。9. 根據權利要求1到8中任一權利要求所述的可調諧激光器，其中所述相位區段由具有 介于1 · 3μηι與1 · 45μηι之間的帶隙的半導電材料制成。10. 根據權利要求1到9中任一權利要求所述的可調諧激光器，其中所述布拉格區段中 的一者比另一布拉格區段長。11. 根據權利要求1到10中任一權利要求所述的可調諧激光器，其中沿所述縱向方向的 所述相位區段的長度為100μπι。12. 根據權利要求1到11中任一權利要求所述的可調諧激光器，其中所述相位區段包含 能夠將電流注入于所述相位區段中的電極。13. -種光子集成電路，其包含： 根據權利要求1到12中任一權利要求所述的可調諧激光器， 調制器，其連接到所述可調諧激光器以接收待調制的所述可調諧激光器的輸出信號。14. 一種光子集成電路，其包含： 根據權利要求1到12中任一權利要求所述的可調諧激光器， 光電二極管，所述光電二極管位于所述可調諧激光器的一端處以監測所述可調諧激光 器的光功率。15. -種光學通信終端，其包含根據權利要求1到12中任一權利要求所述的可調諧激光 器。
【文檔編號】H01S5/10GK106030937SQ201580008734
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月4日
【發明人】N·希莫, H·德布戈雅-西拉德
【申請人】阿爾卡特朗訊