一種半導體超短脈沖高重頻激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體激光技術、半導體光集成技術和高速光通信技術領域，特別涉及一種半導體超短脈沖高重頻激光器。
【背景技術】
[0002]利用光脈沖相位相干效應，獲得模式鎖定的激光器可以產生高重頻，短脈沖相干激光序列，在高速光信號時分復用、全光信號處理、微波米波傳輸和信號時鐘產生等領域具有廣泛的應用。固態激光器和光纖激光器可以產生超短脈沖序列，但由于腔長較長，激光重復頻率往往較低，一般為MHz量級，同時由于體積大等原因，無法應用在微納電子集成領域，不利于超短脈沖激光器光源的小型化與集成化。
[0003]半導體激光器成本低，結構緊湊，利于片上互聯集成。同時半導體激光器是電光轉換效率最高的光源，具有覆蓋波段范圍廣、壽命長、體積小、成本低等優點。因此半導體激光器一直是人們研究的熱點。經過這些年的研究，半導體激光器重復頻率得到極大提升，最高可輸出THz量級脈沖激光。此外高功率(平均功率大于百毫瓦)、短脈沖(〈lps)的半導體激光器也相繼出現。
[0004]現有半導體激光器包括鎖模激光器其主要的激光腔結構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膜實現對腔內激光模式的高反射性能，激光模式在腔內的振蕩形成受激輻射激光的產生，這種半導體激光器都無法進行片上集成，無法實現片上光互連的功能。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耦合輸出的腔面反饋機理和結構。
【發明內容】
[0005](一)要解決的技術問題
[0006]有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種半導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體激光器的高反射腔面和耦合輸出腔面。通過調節光子晶體結構的周期、半徑、對數等參數調節反射波長、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，實現激光產生與波導的耦合輸出。
[0007](二)技術方案
[0008]根據本發明提出的半導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和光子晶體反射鏡，其中，在激光器諧振腔和飽和吸收區之間設置有電隔離區，用以將激光器諧振腔和飽和吸收區進行電隔離，光子晶體反射鏡設置在由激光器諧振腔和激光器可飽和吸收區組成的激光器主體的兩端。
[0009]優選地，該激光器兩端連接有耦合波導，其類型為條形波導、脊形波導、掩埋波導、楔形波導、彎曲波導、環形波導、光子晶體波導或其組合。
[0010]優選地，激光器諧振腔為有源諧振腔、無源波導諧振腔、相移區、調制器、光放大區或以上組合，其類型為條形波導、脊形波導、掩埋波導、楔形波導、彎曲波導、環形波導、光子晶體波導或其組合。
[0011]優選地，激光器可飽和吸收區形狀為矩形、梯形、圓形、三角形或蝴蝶結形。
[0012]優選地，激光器諧振腔和激光器可飽和吸收區的個數、長度、寬度、刻蝕深度及相互位置有多種組合方式。
[0013]優選地，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構、六角晶格結構或準周期結構，一維光子晶體是脊形條上一維光子晶體結構或脊形條兩側一維光子晶體結構，光子晶體反射鏡的光子晶體對數是一對或者多對。
[0014]優選地，該種半導體超短脈沖高重頻激光器和耦合波導的增益介質為體材料、量子講、量子線或量子點。
[0015]優選地，該半導體激光器使用主動鎖模、被動鎖模、混合鎖模、主動調Q或被動調Q技術實現超短脈沖。
[0016]優選地，該半導體激光器波長范圍覆蓋紫外光、可見光、近紅外光、紅外光波段。
[0017]優選地，該半導體激光器脈沖寬度為I飛秒到100納秒之間，重復頻率在IMHz到10THz之間。(三)有益效果
[0018]本發明具有以下有益效果:I)本發明提供的半導體超短脈沖高重頻激光器，可以通過改變光子晶體周期、半徑、對數等參數靈活的改變激光腔目標反射波長、對應波長反射率和耦合輸出功率等參數;2)通過改變激光器腔長，刻蝕深度等參數改變激光器重復頻率，設計靈活制作簡便;3)本發明提供的這種半導體超短脈沖高重頻激光器，避免了片上互聯無法實現的自然解理腔面，通過普通光刻、刻蝕等標準光互連工藝即可制作，與光互連工藝兼容。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明半導體超短脈沖高重頻激光器的一實施例的結構示意圖。
[0020]圖2為本發明半導體超短脈沖高重頻激光器的另一實施例的結構示意圖。
[0021]圖3為本發明半導體超短脈沖高重頻激光器的再一實施例的結構示意圖。
[0022]圖4為一對光子晶體反射鏡時激光器腔面反射率與透射率計算圖。
[0023]圖5為兩對光子晶體反射鏡時激光器腔面反射率與透射率計算圖。
[0024]圖6為三對光子晶體反射鏡時激光器腔面反射率與透射率計算圖。
[0025]圖7為本發明半導體超短脈沖高重頻激光器的電流功率曲線。
[0026]圖8為本發明半導體超短脈沖高重頻激光器產生的超短脈沖序列。
[0027]圖9為本發明半導體超短脈沖高重頻激光器產生的另一超短脈沖序列。
【具體實施方式】
[0028]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0029]本發明提出了一種半導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，無源波導諧振腔，相移區，調制器，光放大區或以上組合；形狀及類型包括但不限于條形波導，脊形波導，掩埋波導，楔形波導，彎曲波導，環形波導，光子晶體波導或以上組合;且激光器諧振腔I的長度、寬度和刻蝕深度依照需要而定。
[0031]—激光器可飽和吸收區2，激光器可飽和吸收區2形狀包括但不限于矩形，梯形，圓形，三角形，蝴蝶結形，且激光器可飽和吸收區2的長度、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2的個數、長度、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構、六角晶格結構或準周期結構;一維光子晶體可以是脊形條上一維光子晶體結構(參閱圖2)或脊形條兩側一維光子晶體結構(參閱圖3);光子晶體反射鏡3的光子晶體對數不限，周期、半徑等參數依照目標反射波長，反射率、耦合輸出功率需求而定。
[0033]—電隔離區4，制作在激光器諧振腔I和激光器可飽和吸收區2之間，刻蝕深度一般為幾百納米，將半導體高摻雜材料層刻去，形成高電阻區，以此形成電隔離區，將激光器諧振腔I和激光器可飽和吸收區2進行電隔離。
[0034]上述半導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5，該波導形狀及類型包括但不限于條形波導，脊形波導，掩埋波導，楔形波導，彎曲波導，環形波導，光子晶體波導或以上組合。波導寬度及刻蝕深度根據波導耦合及傳輸要求而定。上述半導體超短脈沖高重頻激光器及耦合波導5，要求其增益介質為體材料、量子阱、量子線、量子點；實現超短脈沖利用技術可以是主動鎖模、被動鎖模、混合鎖模、主動調Q、被動調Q等;波長范圍覆蓋紫外光、可見光、近紅外光、紅外光波段;脈沖寬度為I飛秒到100納秒之間，重復頻率在IMHz到10THz之間。
[0035]以下結合具體的實施例對本發明提供的半導體超短脈沖高重頻激光器作進一步詳細說明。
[0036]實施例一
[0037]參照圖1，該半導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2和耦合波導5都為脊形波導，寬度為2.5微米，波導刻蝕深度為1.6微米，激光器諧振腔I長度為1000微米，可飽和吸收區2長度為40微米。激光器諧振腔1、可飽和吸收區2和耦合波導5都為AlGaInAs量子阱材料，材料增益波長在1550納米附近。可飽和吸收區2和激光器諧振腔I之間有電隔離區4。電隔離區4寬度為10微米，刻蝕深度為200納米。該實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在半導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。該實施例中二維光子