一種半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光技術(shù)、半導(dǎo)體光集成技術(shù)和高速光通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]利用光脈沖相位相干效應(yīng)，獲得模式鎖定的激光器可以產(chǎn)生高重頻，短脈沖相干激光序列，在高速光信號(hào)時(shí)分復(fù)用、全光信號(hào)處理、微波米波傳輸和信號(hào)時(shí)鐘產(chǎn)生等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。固態(tài)激光器和光纖激光器可以產(chǎn)生超短脈沖序列，但由于腔長(zhǎng)較長(zhǎng)，激光重復(fù)頻率往往較低，一般為MHz量級(jí)，同時(shí)由于體積大等原因，無(wú)法應(yīng)用在微納電子集成領(lǐng)域，不利于超短脈沖激光器光源的小型化與集成化。
[0003]半導(dǎo)體激光器成本低，結(jié)構(gòu)緊湊，利于片上互聯(lián)集成。同時(shí)半導(dǎo)體激光器是電光轉(zhuǎn)換效率最高的光源，具有覆蓋波段范圍廣、壽命長(zhǎng)、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此半導(dǎo)體激光器一直是人們研究的熱點(diǎn)。經(jīng)過(guò)這些年的研究，半導(dǎo)體激光器重復(fù)頻率得到極大提升，最高可輸出THz量級(jí)脈沖激光。此外高功率(平均功率大于百毫瓦)、短脈沖(〈lps)的半導(dǎo)體激光器也相繼出現(xiàn)。
[0004]現(xiàn)有半導(dǎo)體激光器包括鎖模激光器其主要的激光腔結(jié)構(gòu)都是由自然解理晶面形成，在這樣的自然解理晶面上蒸鍍多層介質(zhì)膜實(shí)現(xiàn)對(duì)腔內(nèi)激光模式的高反射性能，激光模式在腔內(nèi)的振蕩形成受激輻射激光的產(chǎn)生，這種半導(dǎo)體激光器都無(wú)法進(jìn)行片上集成，無(wú)法實(shí)現(xiàn)片上光互連的功能。因此片上互連超短脈沖高重頻激光器需要一種可以與片上波導(dǎo)耦合輸出的腔面反饋機(jī)理和結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器，利用光子晶體帶隙反射形成半導(dǎo)體激光器的高反射腔面和耦合輸出腔面。通過(guò)調(diào)節(jié)光子晶體結(jié)構(gòu)的周期、半徑、對(duì)數(shù)等參數(shù)調(diào)節(jié)反射波長(zhǎng)、反射率和耦合輸出功率。利用光子晶體能帶的部分反射和透射，實(shí)現(xiàn)激光產(chǎn)生與波導(dǎo)的耦合輸出。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]根據(jù)本發(fā)明提出的半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器，包括:激光器諧振腔;激光器可飽和吸收區(qū)和光子晶體反射鏡，其中，在激光器諧振腔和飽和吸收區(qū)之間設(shè)置有電隔離區(qū)，用以將激光器諧振腔和飽和吸收區(qū)進(jìn)行電隔離，光子晶體反射鏡設(shè)置在由激光器諧振腔和激光器可飽和吸收區(qū)組成的激光器主體的兩端。
[0009]優(yōu)選地，該激光器兩端連接有耦合波導(dǎo)，其類型為條形波導(dǎo)、脊形波導(dǎo)、掩埋波導(dǎo)、楔形波導(dǎo)、彎曲波導(dǎo)、環(huán)形波導(dǎo)、光子晶體波導(dǎo)或其組合。
[0010]優(yōu)選地，激光器諧振腔為有源諧振腔、無(wú)源波導(dǎo)諧振腔、相移區(qū)、調(diào)制器、光放大區(qū)或以上組合，其類型為條形波導(dǎo)、脊形波導(dǎo)、掩埋波導(dǎo)、楔形波導(dǎo)、彎曲波導(dǎo)、環(huán)形波導(dǎo)、光子晶體波導(dǎo)或其組合。
[0011]優(yōu)選地，激光器可飽和吸收區(qū)形狀為矩形、梯形、圓形、三角形或蝴蝶結(jié)形。
[0012]優(yōu)選地，激光器諧振腔和激光器可飽和吸收區(qū)的個(gè)數(shù)、長(zhǎng)度、寬度、刻蝕深度及相互位置有多種組合方式。
[0013]優(yōu)選地，光子晶體反射鏡是二維光子晶體或者一維光子晶體，二維光子晶體是四方晶格結(jié)構(gòu)、六角晶格結(jié)構(gòu)或準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)，一維光子晶體是脊形條上一維光子晶體結(jié)構(gòu)或脊形條兩側(cè)一維光子晶體結(jié)構(gòu)，光子晶體反射鏡的光子晶體對(duì)數(shù)是一對(duì)或者多對(duì)。
[0014]優(yōu)選地，該種半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器和耦合波導(dǎo)的增益介質(zhì)為體材料、量子講、量子線或量子點(diǎn)。
[0015]優(yōu)選地，該半導(dǎo)體激光器使用主動(dòng)鎖模、被動(dòng)鎖模、混合鎖模、主動(dòng)調(diào)Q或被動(dòng)調(diào)Q技術(shù)實(shí)現(xiàn)超短脈沖。
[0016]優(yōu)選地，該半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)范圍覆蓋紫外光、可見(jiàn)光、近紅外光、紅外光波段。
[0017]優(yōu)選地，該半導(dǎo)體激光器脈沖寬度為I飛秒到100納秒之間，重復(fù)頻率在IMHz到10THz之間。(三)有益效果
[0018]本發(fā)明具有以下有益效果:I)本發(fā)明提供的半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器，可以通過(guò)改變光子晶體周期、半徑、對(duì)數(shù)等參數(shù)靈活的改變激光腔目標(biāo)反射波長(zhǎng)、對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)反射率和耦合輸出功率等參數(shù);2)通過(guò)改變激光器腔長(zhǎng)，刻蝕深度等參數(shù)改變激光器重復(fù)頻率，設(shè)計(jì)靈活制作簡(jiǎn)便;3)本發(fā)明提供的這種半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器，避免了片上互聯(lián)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的自然解理腔面，通過(guò)普通光刻、刻蝕等標(biāo)準(zhǔn)光互連工藝即可制作，與光互連工藝兼容。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器的再一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為一對(duì)光子晶體反射鏡時(shí)激光器腔面反射率與透射率計(jì)算圖。
[0023]圖5為兩對(duì)光子晶體反射鏡時(shí)激光器腔面反射率與透射率計(jì)算圖。
[0024]圖6為三對(duì)光子晶體反射鏡時(shí)激光器腔面反射率與透射率計(jì)算圖。
[0025]圖7為本發(fā)明半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器的電流功率曲線。
[0026]圖8為本發(fā)明半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器產(chǎn)生的超短脈沖序列。
[0027]圖9為本發(fā)明半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器產(chǎn)生的另一超短脈沖序列。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]本發(fā)明提出了一種半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器，包括:
[0030]激光器諧振腔I，激光器諧振腔I包括但不限于有源諧振腔，無(wú)源波導(dǎo)諧振腔，相移區(qū)，調(diào)制器，光放大區(qū)或以上組合；形狀及類型包括但不限于條形波導(dǎo)，脊形波導(dǎo)，掩埋波導(dǎo)，楔形波導(dǎo)，彎曲波導(dǎo)，環(huán)形波導(dǎo)，光子晶體波導(dǎo)或以上組合;且激光器諧振腔I的長(zhǎng)度、寬度和刻蝕深度依照需要而定。
[0031]—激光器可飽和吸收區(qū)2，激光器可飽和吸收區(qū)2形狀包括但不限于矩形，梯形，圓形，三角形，蝴蝶結(jié)形，且激光器可飽和吸收區(qū)2的長(zhǎng)度、寬度和刻蝕深度依照需要而定，激光器諧振腔I和激光器可飽和吸收區(qū)2的個(gè)數(shù)、長(zhǎng)度、寬度、刻蝕深度及相互位置可以有多種組合方式。
[0032]—光子晶體反射鏡3，其分別制作在整個(gè)激光器的兩端，該光子晶體反射鏡3可以是二維光子晶體(參閱圖1)，也可以是一維光子晶體(參閱圖2、圖3);二維光子晶體可以是四方晶格結(jié)構(gòu)、六角晶格結(jié)構(gòu)或準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu);一維光子晶體可以是脊形條上一維光子晶體結(jié)構(gòu)(參閱圖2)或脊形條兩側(cè)一維光子晶體結(jié)構(gòu)(參閱圖3);光子晶體反射鏡3的光子晶體對(duì)數(shù)不限，周期、半徑等參數(shù)依照目標(biāo)反射波長(zhǎng)，反射率、耦合輸出功率需求而定。
[0033]—電隔離區(qū)4，制作在激光器諧振腔I和激光器可飽和吸收區(qū)2之間，刻蝕深度一般為幾百納米，將半導(dǎo)體高摻雜材料層刻去，形成高電阻區(qū)，以此形成電隔離區(qū)，將激光器諧振腔I和激光器可飽和吸收區(qū)2進(jìn)行電隔離。
[0034]上述半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器，該激光器兩端可以連接耦合波導(dǎo)5，該波導(dǎo)形狀及類型包括但不限于條形波導(dǎo)，脊形波導(dǎo)，掩埋波導(dǎo)，楔形波導(dǎo)，彎曲波導(dǎo)，環(huán)形波導(dǎo)，光子晶體波導(dǎo)或以上組合。波導(dǎo)寬度及刻蝕深度根據(jù)波導(dǎo)耦合及傳輸要求而定。上述半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器及耦合波導(dǎo)5，要求其增益介質(zhì)為體材料、量子阱、量子線、量子點(diǎn)；實(shí)現(xiàn)超短脈沖利用技術(shù)可以是主動(dòng)鎖模、被動(dòng)鎖模、混合鎖模、主動(dòng)調(diào)Q、被動(dòng)調(diào)Q等;波長(zhǎng)范圍覆蓋紫外光、可見(jiàn)光、近紅外光、紅外光波段;脈沖寬度為I飛秒到100納秒之間，重復(fù)頻率在IMHz到10THz之間。
[0035]以下結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0036]實(shí)施例一
[0037]參照?qǐng)D1，該半導(dǎo)體超短脈沖高重頻激光器的激光器諧振腔1、可飽和吸收區(qū)2和耦合波導(dǎo)5都為脊形波導(dǎo)，寬度為2.5微米，波導(dǎo)刻蝕深度為1.6微米，激光器諧振腔I長(zhǎng)度為1000微米，可飽和吸收區(qū)2長(zhǎng)度為40微米。激光器諧振腔1、可飽和吸收區(qū)2和耦合波導(dǎo)5都為AlGaInAs量子阱材料，材料增益波長(zhǎng)在1550納米附近?？娠柡臀諈^(qū)2和激光器諧振腔I之間有電隔離區(qū)4。電隔離區(qū)4寬度為10微米，刻蝕深度為200納米。該實(shí)施例中光子晶體反射鏡使用二維光子晶體孔陣，利用電子束曝光/光刻和干法刻蝕等技術(shù)在半導(dǎo)體激光器端面附近制作出二維光子晶體孔陣，用以替代解理腔晶面為激光器共振腔提供激光反饋和耦合輸出。該實(shí)施例中二維光子