分布式反馈激光器的制作方法

1.根据本发明的实施方案的一个或多个方面涉及一种分布式反馈(dfb)激光器，并且更具体地涉及一种安装在硅光子集成电路(si pic)上的dfb激光器。


背景技术：

2.dfb激光器是一种包括谐振腔的激光器，该谐振腔包括周期性制造的元件，诸如衍射光栅，其在腔内提供光反馈，从而作用于选择激光器的激射波长。在dfb激光器的典型现有技术示例中，诸如图1所示，谐振腔由周期性光栅构成，该周期性光栅在一端具有后端面，并且在另一端具有前端面。在两个端面之间的某个点处应用四分之一波长偏移(qws)或隔离器，以便确保激射仅在特定模式下发生。由于在端面处发生显著的功率损耗，因此前端面和后端面两者通常都涂覆有抗反射涂层。一般来讲，通常由于隔离器元件的存在，dfb激光器可能需要大量的光学部件以获得稳定性。期望简化dfb激光器同时提高其稳定性和可靠性。


技术实现要素：

3.因此，本发明的一些实施方案旨在通过根据第一方面提供一种用于安装在硅光子集成电路(si pic)上的分布式反馈激光器(dfb)来解决上述问题，该dfb具有从dfb激光器的第一端延伸到dfb激光器的第二端的纵向长度，该dfb激光器包括：外延堆栈，该外延堆栈包括：一个或多个活性材料层；包括部分光栅的层，该部分光栅从dfb激光器的第二端仅部分地沿着dfb激光器的纵向长度延伸，使得部分光栅不延伸到dfb激光器的第一端；高反射介质，该高反射介质位于dfb激光器的第一端；以及后端面，该后端面位于dfb激光器的第二端。
4.本发明的一些实施方案消除了对光学隔离器以及与这种隔离器相关联的任何额外的光学器件的需求。由于需要更少部件的事实，因此这导致产品的价格降低。还减少了所需的包装，并且因此本发明导致更高的包装产量。
5.分布式反馈激光器可以具有以下任选特征中的任何一种，或者在兼容的范围内，具有以下任选特征的任意组合。
6.在本发明的一个或多个实施方案中，dfb不包括任何形式的冷却装置。这是因为，有利地，所要求保护的激光器的特征的组合导致激光器能够以稳定且可靠的方式运行，而不需要温度冷却。也就是说，不需要tec (热电冷却器，或者peltier装置)。由此产生的非制冷激光器运行成本更低，因为可以消除tec在使用过程中消耗的功率。
7.在一个或多个实施方案中，高反射介质是高反射率(hr)后端面。
8.在一个或多个实施方案中，高反射介质是宽带光栅镜。
9.任选地，宽带光栅镜可以是啁啾光栅。
10.外延堆栈控制dfb激光器的增益特性和带宽。在一些实施方案中，增益带宽具有至少80nm的fwhm。在一些实施方案中，增益带宽具有至少40nm的fwhm。
11.在一个或多个实施方案中，由部分光栅限定的激射波长具有比外延堆栈的材料增益峰短的波长。
12.以这种方式，可以利用被称为“蓝色失谐”的效应。这是激光器的激射波长位于激光器的材料增益峰的蓝色侧(即较短波长侧)的位置。这种蓝色失谐导致较高的背反射容差。
13.在一个或多个实施方案中，外延堆栈以倒装芯片的方式安装到si pic上。
14.在一个或多个实施方案中，si pic包括一个或多个硅波导，所述一个或多个硅波导与外延堆栈的活性材料层中的至少一者对准。
15.在一些实施方案中，外延堆栈的活性材料层由基于al的inp外延形成。以这种方式，基于al的inp外延形成激光器的增益介质。这种材料系统的选择使激光器能够在不冷却的情况下操作。
16.任选地，外延堆栈可包括由al
(x)
gain
(y)
as形成的活性材料层。
17.在一个或多个实施方案中，外延堆栈包括pin结。
18.在一或多个实施方案中，外延堆栈的活性材料层是未掺杂的并且形成pin结的本征部分。
19.在一个或多个实施方案中，部分光栅位于活性材料层的一侧，并且其中外延堆栈包括在活性材料层的与部分光栅处于相同侧的p掺杂层。
20.在一个或多个实施方案中，外延堆栈包括在材料层的与部分光栅处于相反侧的n掺杂层。
21.在一些实施方案中，光栅位于增益介质上方。在其他实施方案中，光栅位于增益介质下方。无论哪种方式，在蚀刻光栅的位置处都没有激射动作。
22.在一些实施方案中，增益介质(即有源区)和光栅是单个外延堆栈的一部分。
附图说明
23.参考说明书、权利要求书和附图，将理解和明白本发明的这些和其他特征和优点，在附图中：图1是不构成现有技术一部分的已知dfb激光器的示例；图2是根据本发明的实施方案的dfb激光器的示意图；图3是根据本发明的另一实施方案的替代dfb激光器的示意图；图4是描绘蓝色失谐概念的曲线图；图5是根据本发明的一些实施方案的dfb激光器阵列的示意图；并且图6是根据本发明的实施方案的dfb激光器的外延堆栈的示例。
具体实施方式
24.下面结合附图阐述的详细描述旨在作为根据本发明提供的dfb激光器的示例性实施方案的描述，而不旨在代表可以构建或利用本发明的唯一形式。该描述结合所示实施方案阐述了本发明的特征。然而，应当理解，相同或等效的功能和结构可以通过不同的实施方
案来实现，这些实施方案也旨在被涵盖在本发明的精神和范围内。如本文其他地方所表示，相同的元件编号旨在指示相同的元件或特征。
25.下面参考图2和图6描述根据本发明的dfb激光器的第一实施方案。dfb激光器由谐振腔(激光腔)形成，该谐振腔具有从dfb激光器10的第一端延伸到dfb激光器10的第二端的纵向长度。部分光栅21沿dfb激光器的一部分延伸，从第一端11开始，并且沿着dfb激光器的谐振腔的纵向长度的一部分延伸。也就是说，部分光栅不会一直延伸到激光器的第二端。相反，激光器的一部分邻近第一端10，该部分不包括光栅。高反射涂层位于dfb激光器10的谐振腔的第一端。抗反射(ar)涂层位于部分光栅的端部，该抗反射(ar)涂层形成dfb激光器的谐振腔的第二端。ar涂层可以由本领域已知的任何涂层形成，目的是减少在端面处发生的反射量，从而增加离开激光腔的功率量。高反射(hr)涂层位于dfb激光器1的谐振腔的第一端10，邻近谐振腔的“无光栅”区。
26.参考图6可以更好地理解dfb激光器1的制造结构。其描绘了dfb激光器的外延堆栈20。特别地，外延堆栈包括一个或多个活性材料层20d。外延堆栈可以由包括基于al的inp外延的层形成。基于al的inp外延提供的优点在于，与其他材料相比，其对温度变化较不敏感，尤其是在高温操作下，这对于未冷却系统尤其有吸引力。有源层可以包括量子阱结构，并且可以由诸如al
(x)
gain
(y)
as的材料制成。通常，外延堆栈20的层形成pin结，有源层位于该pin结内，通常位于结的本征区。在图6的实施方案中，光栅21位于p掺杂区中，并且可以由诸如gain
(x)
as
(y)
p的材料制成。可以设想，光栅21可以位于外延堆栈内的有源层的上方或下方。在这种情况下，“上方”简单地指在外延堆栈沉积工艺的后一步骤中相对于活性材料层20d沉积的层，而“下方”指在活性层20d的沉积之前在较早的沉积步骤中沉积的层。
27.在图6所示的实施方案中，应当注意，该图仅示出了谐振腔的包括部分光栅21的部分的放大版本。
28.图6所示的外延叠层包括初始n掺杂的外叠层20a，其可以由掺杂有n掺杂剂(诸如硅)的材料(诸如inp)形成。按照沉积的顺序，这些之后是：中间n掺杂层20b，其也由掺杂有n掺杂剂(诸如硅)的材料(诸如inp)形成；以及另外的中间n掺杂层20c，其由掺杂有n型掺杂剂(诸如硅)的材料(诸如al
(x)
gain
(y)
as)形成。接下来，形成活性材料层20d，之后是由掺杂有p型掺杂剂(诸如锌)的材料(诸如al
(x)
gain
(y)
as)形成的中间p掺杂层20e。直接位于活性材料层侧面的直接层20c和20e使用与活性层相同但被掺杂(而活性层20d本身未被掺杂)的材料有目的地制造而成。接下来是由掺杂有p型掺杂剂(诸如锌)的材料(inp)形成的另一p掺杂层20f。然后，沉积光栅21，接下来沉积可以由诸如掺杂有锌的inp的材料制成的另一p掺杂层20g。多个层的目的是缓慢地调节最外层(例如，inp)和活性材料层(例如，al
(x)
gain
(y)
as)之间的材料，使得晶格失配效应最小化。
29.图3中示出了一个替代实施方案，其中相同的附图标记用于表示在图2的实施方案中也能找到的特征。如同图6中的实施方案，部分光栅21可以形成诸如图6中所示的外延堆栈20的一部分。
30.图3的dfb激光器3与图2的不同之处在于，谐振腔的第一端10处的hr端面已被宽带光栅镜41所取代。这导致具有非常精确波长的无隔离器dfb激光器，因为第二端11处的后端面被ar涂覆，并且第一端10处的宽带光栅41避免了与hr端面的任何相互作用。也就是说，谐振腔不受任何相位误差的影响，所述相位误差是由通常在形成hr端面中涉及的制造切割引
入的。
31.图4描绘了可以应用于本文描述的任何实施方案的“蓝色失谐”原理。其背后的原理是选择位于激光器的增益材料的增益峰的蓝色侧(即在较短波长处)的激射波长(由部分光栅21确定)，在这种情况下，该激射波长由活性材料层20d的材料确定。通过设计光栅使得其总是在增益峰的短波长侧，可以确保更小的线宽增强因子，这使得dfb激光器更稳健地抵抗不期望的背反射效应。这导致激光器更加可靠和稳定，并且更少地依赖于温度。
32.图5中示出了dfb激光器阵列。dfb激光器51、52、53、54、55中的每一者可以采用图2或图3的dfb激光器的形式。dfb阵列由单个芯片57形成，在这种情况下是inp芯片。其被以倒装芯片的方式安装到硅光子集成电路(si pic)上。硅波导56被定位成耦合到翻转的dfb激光器，以便用作用于相应的dfb激光器中的每一者的相应出射波导。每个激光器的部分光栅在阵列内的激光器之间通常是不同的，使得每个dfb激光器提供具有不同波长的不同通道。使用无源对准。另外或替代地，锥可用于从波导到dfb激光器渐缩。以这种方式，可以使耦合效率最大化，并且降低对未对准的敏感度。
33.尽管本文已经具体描述和示出了分布式反馈激光器(dfb)的示例性实施方案，但是许多修改和变化对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，应当理解，根据本发明的原理构造的分布式反馈激光器(dfb)可以以不同于本文具体描述的方式来实现。本发明还在随附的权利要求及其等同物中限定。