专利名称：激光模块中使用的半导体激光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于半导体激光模块中的半导体激光装置，所述半导体激光模块适于用作喇曼放大系统中的泵浦光源。
背景技术：
近些年来，随着多媒体在因特网上的增加，产生了这样一种需求，即光通讯系统的更大数据传输能力。传统的光通讯系统是以1310nm或者1550nm的单一波长在单根光纤上对数据进行传输，该系统已经降低了光纤的光吸收性能。但是，为了提高这种单根光纤系统的数据传输能力，必须增加传输路径上所布设的光纤数目，从而导致成本发生所不希望的增加。
鉴于这种情况，近年来已经开发了波分复用(WDM)光通讯系统，比如密集型波分复用(DWDM)系统，其中多个具有不同波长的光学信号可以同时通过单根光纤进行传输。这些系统通常利用一种掺铒光纤放大器(EDFA)来根据远距离传输的需要对数据光信号进行放大。利用EDFA的WDM系统起初在1550nm的波段进行工作，此波段是掺铒光纤放大器的工作波段，并且在该波段下易于获得稳定的增益均化(gain flattening)。虽然近年来利用EDFA的WDM通讯系统的应用已经拓展到1580nm的小增益系数波段，但是仍然希望存在有一种能够在EDFA波段之外进行工作的光学放大器，这是因为光纤的低损耗波段要宽于能够由EDFA进行放大的波段；喇曼放大器正是这样一种光学放大器。
在喇曼放大系统中，一束很强的泵浦光束被泵激入一根承载有光数据信号的光传导缆线中。正如本领域技术人员所公知的那样，喇曼散射效应引发频率大约为13THz的光信号的增益，该频率小于泵浦光束的频率。当光传导缆线上的数据信号具有这种较长的波长时，该数据信号就会被放大。因此，与EDFA不同的是，喇曼放大器的增益波长波段由泵浦光束的波长所决定，因此，可以通过对泵浦光束的波长进行选择来对任意的波长波段进行放大，其中在EDFA中，增益波长波段由铒离子的能级所决定。因此，光纤中整个低损耗波段内的光信号可以由利用了喇曼放大器的WDM通讯系统进行放大，并且与利用EDFA的通讯系统相比，信号光束的通道数目可以增多。
虽然喇曼放大器能够在较宽的波长波段内对信号进行放大，但是喇曼放大器的增益却相对较小，因此，优选地利用一个高输出的激光装置来作为泵浦光源。但是，仅仅增大单模式泵浦光源的输出功率又会导致所不希望发生的受激布里渊散射，并且会增大高峰功率值处的噪音。因此，喇曼放大器需要一个泵浦光源，该泵浦光源具有多个振荡纵模。如图15A和15B所示，受激布里渊散射现象具有一个阈值Pth，在该阈值Pth时，将会产生受激布里渊散射。对于具有象图15A中所示振荡波长谱(oscillation wavelengthspectrum)的单一纵向模式的泵浦光源来说，喇曼放大器的高输出需求，比如300mw，导致该单一模式的峰值输出功率高于Pth，从而产生所不希望的受激布里渊散射。另一方面，具有多个纵向模式的泵浦光源能够将输出功率分散到多个模式上，每个模式均具有相对较低的峰值。从而，如图15B所示，可以在阈值Pth内获得一个具有所需的300mw输出功率的多重纵模泵浦光源，从而避免了受激布里渊散射问题的发生，并且提供了更大的喇曼增益。
另外，由于喇曼放大器中的放大过程快速发生，因此当泵浦光的强度不稳定时，喇曼增益也会不稳定。喇曼增益的这些波动导致放大信号强度上的波动，这对于数据传输来说是不希望发生的。因此，除了提供多个纵向模式之外，喇曼放大器的泵浦光源的强度必须较稳定。
还有，喇曼放大器中的喇曼放大仅对具有与泵浦光相同的偏振的信号光线分量进行。也就是说，在喇曼放大时，由于放大增益决定于偏振，因此必须使得由于信号光束的偏振与泵浦光束的偏振之间的不同造成的影响减至最小。虽然因为传输过程中信号光线与反向传导的泵浦光之间的偏振态的不同会受到中和，而使得逆向泵激法不产生偏振问题，但是由于在传输过程中两个协同传导的光波之间的偏振差别，会使得正向泵浦方法更为强烈地依赖于泵浦光的偏振。从而，在使用正向泵浦方法时，喇曼增益对泵浦光偏振的依赖性必须利用泵浦光束偏振复合、退偏振和其它用于减小偏振程度(DOP)的技术来加以减小。在这个方面，公知的是由泵浦光源提供的多重纵向模式有助于实现这种偏振程度的最小化。
图16是一个方框图，示出了一个用在WDM通讯系统中的传统喇曼放大器的构造。在图16中，半导体激光模块182a至182d，包括有成对的法布里-珀罗(Fabry-Perot)型半导体发光元件180a至180d，这些半导体发光元件180a至180d分别具有光纤光栅(fiber gratings)181a至181d。激光模块182a和182b通过偏振保持光纤71(polarization maintaining fiber)向偏振复合耦合器61a(polarization-multiplexing coupler)输出具有相同波长的激光束。同样，激光模块182c和182d通过偏振保持光纤71向偏振复合耦合器61b输出具有相同波长的激光束。每个偏振保持光纤71均包括有一根单纤光纤(a single threadoptical fiber)，在该光纤上雕刻有光纤光栅181a至181d。偏振复合耦合器61a和61b分别向WDM耦合器62输出经过偏振复合后的激光束。这些由偏振复合耦合器61a和61b输出的激光束具有不同的波长。
WDM耦合器62对由偏振复合耦合器61a和61b输出的激光束进行复合，并且将经过复合后的光束作为泵浦光束输送至外部隔离器60(a externalisolator)，该外部隔离器60通过WDM耦合器65将光束输送至放大光纤64。需要被放大的信号光束通过独立偏振隔离器63(polarization-independentisolator)从信号光线输入光纤69输入至放大光纤64中。经过放大后的信号光束通过与泵浦光束进行复合而被喇曼放大，并且通过WDM耦合器65和独立偏振隔离器66输入到一个监测光支路耦合器67(a monitor light branchingcoupler)中。该监测光支路耦合器67将经过放大的信号光束的一部分输送至一个控制电路68中，并且将剩余的经过放大后的信号光束作为输出激光束而输送至信号光线输出光纤70中。控制电路68基于所述那部分输入控制电路68中的放大信号光束，对每个半导体发光元件180a至180d的例如光强的发光状态进行反馈控制(feedback control)，使得最终的喇曼放大增益对波长的变化不再敏感。
图17示出了一个传统光纤光栅式半导体激光模块(fiber gratingsemiconductor laser module)182a至182d的一般构造，该半导体激光模块182a至182d用在图16所示的传统喇曼放大系统中。正如在图17中所看到的那样，半导体激光模块201包括有一个半导体发光元件(激光二极管)202和一根光纤203。半导体发光元件202具有一个有源层(a active layer)221，在该有源层的一个端部处设置有一个光反射表面222，而在其另外一个端部处设置有一个光辐射表面223。在有源层221内部所产生的光束在光反射表面222上发生反射，并且从光辐射表面223上输出。
光纤203被置于半导体发光元件222的光辐射表面223上，并且与该光辐射表面223光耦合。光纤光栅233形成在光纤203的芯部232上距光辐射表面223一预定距离处，并且光纤光栅233有选择性地对具有特定波长的光束进行反射。也就是说，光纤光栅233用作该光纤光栅233与光反射表面222之间的外部谐振器，并且对具有特定波长的激光束进行选择和放大，该激光束随后作为输出激光束241而输出。
虽然传统的光纤光栅式半导体激光模块182a至182d提供了用于喇曼放大器所必需的多重纵向模式，但是图17中所示的光纤光栅式模块的问题在于，其相对强度噪音(RIN)的值较大，这就意味着光线强度的大幅度波动。正如前面所讨论的那样，对于喇曼放大器来说，泵浦光强度的这种波动是不希望发生的，因为它将使得喇曼增益发生波动，从而导致经过放大后的信号发生波动。对于利用正向泵浦方法的喇曼放大器来说，较大的RIN尤其是不希望发生的，在该喇曼放大器中，强度衰减了的信号光线与强度较高的泵浦光在相同方向上传播。因此，即使传统的光纤光栅式激光模块提供了多重纵向模式，这些纵向模式允许根据正向泵浦方法的需要减小偏振度，但是由于这种模块具有较高的RIN，所以正向泵浦方法并不会经常性地与光纤光栅式模块一同使用。
光纤光栅式激光模块的机械结构也使得传统的泵浦光源不稳定。更具体地说，由于带有光纤光栅233的光纤203被激光焊接在封壳上，因此这种装置的机械振动或者光纤203相对于发光元件202的轻微偏移都会导致其振荡特性的变化，以及一个不稳定的光源。光纤203与发光元件202对准上的这种偏移通常是由于周围温度的变化所引起的。在这个方面，周围温度的变化还会导致由光纤光栅233所选择的振荡波长上的微小变化，进而也会使得泵浦光源不稳定。
与光纤光栅式激光模块相伴生的另外一个问题是，由于需要一个外部隔离器而导致的高能量损耗。在带有光纤光栅的激光模块中，隔离器无法被置于半导体激光装置与光纤之间，因为外部谐振腔振荡取决于光纤光栅的反射。也就是说，所述隔离器将会阻止由光栅反射回来的光线返回到半导体激光装置中。因此，光纤光栅式激光模块的问题在于对反射敏感并且易于受到影响。另外，正如在图16中所示出的那样，利用光纤光栅式模块的喇曼放大系统必须利用外部隔离器60。正如本技术领域中所公知的那样，由于会聚透镜与外部隔离器中的输出光纤的连接，隔离器对泵浦光造成相对较大的能量损耗。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种激光装置和方法，用于提供一个适合于用作喇曼放大系统中的泵浦光源的光源，但是该光源能够克服与光纤光栅式激光模块相伴生的前述问题。
根据本发明的第一方面，提供了一个半导体装置，该半导体装置具有一个被构造来发射光线的有源层，一个与该有源层相接触的间隔层(a spacerlayer)和一个成形在间隔层内的衍射光栅。在这个方面，所述半导体装置被构造来发射具有多个纵向模式的光束，这些纵向模式位于该半导体装置振荡波长谱中的预定谱宽度(predetermined spectral width)内。
在本发明该方面的一个实施例中，该半导体装置包括有一个反射涂层，该反射涂层位于有源层的第一端部处并且大体与该有源层垂直，和一个抗反射涂层，该抗反射涂层位于与所述第一端部相对的有源层第二端部处，并且大体与有源层相垂直，这可在有源区域中形成一个谐振腔。在本方面中，谐振腔的长度至少为800微米，并且不超过3200微米。
在本发明第一方面的另外一个实施例中，衍射光栅可以大体沿着有源层的整个长度而形成，或者是沿着该有源层整个长度的一部分而形成一个短衍射光栅(shortened diffraction grating)。在这些构造中的任何一种中，衍射光栅均可以包括有多个光栅元件，这些光栅元件具有恒定的或者波动的间距(pitch)。当沿着有源层长度的一部分形成一个短衍射光栅时，该短衍射光栅可以被置于半导体激光装置中的反射涂层附近和/或抗反射涂层附近。当被置于抗反射涂层的附近时，短衍射光栅具有相对较低的反射率，抗反射涂层具有2％或者更低的超低反射率，而反射涂层则具有至少80％的反射率。如果被置于反射涂层的附近，那么短衍射光栅具有相对较高的反射率，抗反射涂层具有大约1％至5％的较低反射率，而反射涂层则具有大约0.1％至2％的超低反射率，并且优选地是具有0.1％或者更低的超低反射率。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于从半导体激光装置发出光线的方法，包括下述步骤由该半导体激光装置中的有源层发射出光线；在该半导体激光装置中设置一个衍射光栅，用来对辐射光束的一部分进行选择，以将其作为输出光束而由该半导体激光装置发出；以及对该半导体激光装置的物理参数进行选择，使得输出光束具有一振荡波长谱，该振荡波长谱在振荡波长谱的预定谱宽度内具有多个纵向模式。
在本发明的这个方面，对物理参数进行选择的步骤包括有对该半导体激光装置的谐振腔的长度进行设定，以便在多个纵向模式之间形成预定的波长间隔，或者设置一个线性调频光栅(chirped grating)或者将衍射光栅的长度设定为小于有源层的长度，从而拓宽振荡波长谱的预定谱宽度。当设置有一个线性调频光栅时，提供一光栅元件的间距上的周期性或者随机性变化。当衍射光栅的长度被设定为短于有源层时，基于该短衍射光栅在装置内的位置，来对衍射光栅和该激光装置中反射涂层及抗反射涂层的反射性能进行设定。
在本发明的再一个方面中，提供了一种半导体激光装置，该半导体激光装置包括有用于在该半导体激光装置内发射光线的装置；用于选择辐射光线的一部分以将其作为输出光束而由该半导体激光装置发出的装置；用于确保输出光束具有一振荡波长谱的装置，该振荡波长谱具有位于振荡波长谱的预定谱宽度内的多个纵向模式。在这个方面，用于确保输出光束具有该振荡波长谱的装置可以包括有用于对多个纵向模式之间的波长间隔进行设定的装置，或者用于对振荡波长谱中的预定谱宽度进行设定的装置。
在本发明的又一方面中，提供了一种半导体激光模块。在这个方面，该激光模块中的半导体激光装置包括有一个半导体装置，该半导体装置具有一个被构造来发射光线的有源层、一个与该有源层相接触的间隔层、以及一个成形在该间隔层内部的衍射光栅。在这个方面，所述半导体装置被构造来发射一光束，该光束在该半导体装置的振荡波长谱的预定谱宽度内具有多个纵向模式。
当结合附图进行考虑时，通过参照下面的详细描述，可以更为全面地理解本发明及其诸多附属优点，其中图1是一个局部透视图，示出了一个根据本发明一实施例的半导体激光装置的一般构造；图2是沿图1所示半导体激光装置长度方向的垂直剖视图；图3是半导体激光装置的沿图2所示半导体激光装置中线A-A截取的横向剖视图；图4是一曲线图，示出了本发明中一个衍射光栅式半导体激光装置的多重纵向振荡模式(multiple oscillation longitudinal mode)的输出特性；图5是一个长度方向上的垂直剖视图，示出了一个根据本发明一实施例的具有短衍射光栅的半导体激光装置，该短衍射光栅位于抗反射涂层附近；图5A是一曲线图，示出了一个根据本发明一实施例的半导体激光装置的光输出功率，该光输出功率是振荡波长的函数；图6是一个沿长度方向的垂直剖视图，示出了一个根据本发明一实施例的具有短衍射光栅的半导体激光装置，该短衍射光栅位于反射涂层的附近；图7是一个沿长度方向的垂直剖视图，示出了根据本发明的一个实施例的一个具有第一短衍射光栅和第二短衍射光栅的半导体激光装置，第一短衍射光栅位于抗反射涂层的附近，第二短衍射光栅位于反射涂层的附近；图8是一个沿长度方向的垂直剖视图，示出了一个根据本发明一实施例的具有线性调频衍射光栅的半导体激光装置的一般构造；图9是一曲线图，示出了由图8的组合周期Λ1和Λ2产生复合振荡波长谱的原理；图10图示出了一个根据本发明的线性调频衍射光栅的光栅周期的周期性波动；图11A至11C图示出了根据本发明的用于实现衍射光栅周期性波动的示例；图12是一个垂直剖视图，示出了一个根据本发明的半导体激光模块的构造；
图13是一个方框图，示出了一个根据本发明一实施例的喇曼放大器的构造，其中，通过对由两个半导体激光装置输出的泵浦光束进行偏振复合而消除了偏振依赖性；图13A是一个方框图，示出了一个根据本发明一实施例的喇曼放大器的构造，其中，通过利用一个偏振保持光纤来作为消偏振器，对由单个半导体激光装置所输出的泵浦光束进行消偏振，消除了偏振的依赖性；图14是一个方框图，示出了一个WDM通讯系统的一般构造，在该WDM通讯系统中使用了图13中所示的喇曼放大器；图15A和15B是两曲线图，示出了激光束输出功率与单个纵向振荡模式和多个纵向振荡模式之间的关系，并且示出了受激布里渊散射的阈值；图16是一个方框图，示出了一个传统喇曼放大器的一般构造；以及图17是显示一个半导体激光模块的构造的视图，该半导体激光模块用于图16中所示的喇曼放大器中。
具体实施例方式
下面参照附图(其中相同的元件由相同的附图标记进行标识)，具体参照图1、2和3，这里示出了一个根据本发明一实施例的半导体激光装置，该半导体激光装置用于提供一个适合于用作喇曼放大系统中的泵浦光源的光源。图1是一个局部透视图，示出了一个根据本发明一实施例的半导体激光装置的一般构造。图2是一个沿图1所示半导体激光装置长度方向的垂直剖视图，而图3则是该半导体激光装置沿图2中线A-A截取的横向剖视图。
图1至3的半导体激光装置20包括有一个n-InP基体1，在该基体1上顺次叠放有一个n-InP缓冲层2，一个有源层3，一个p-InP间隔层4，一个p-InP包层6，以及一个InGaAsP覆盖层7。缓冲层2不仅是一个由n-InP材料形成的缓冲层，而且用作一个下部包层，而有源层3是一种梯度系数独立约束多重量子阱(a graded index separate confinement multiple quantum well(GRIN-SCH-MQW))。一个由p-InGaAs材料制成的衍射光栅13大体沿着有源层3的整个长度周期性地成形于p-InP间隔层4之内。图1所示实施例中的衍射光栅13的薄膜厚度为20nm，间距为220nm，并且选择中心波长为1480nm的激光束，以通过半导体激光装置20将其发射出去。
正如在图3中所清楚看到的那样，具有衍射光栅13的p-InP间隔层4、GRIN-SCH-MQW有源层3以及n-InP缓冲层2的上部被加工成台面条带状(amesa strip shape)。该台面条带的侧面包埋于被成形为当前阻挡层的一个p-InP阻挡层8和n-InP阻挡层9之中。另外，一个p-侧电极10成形在InGaAs覆盖层7的上表面上，而一个n-侧电极11成形在n-InP基体1的下表面上。
正如在图2中所看到的那样，具有较高反射系数，比如80％或者更高的反射薄膜14被成形在光反射端部表面上，该端部表面是半导体激光装置20长度方向上的一个端部表面。具有较低光反射系数，比如1％至5％的抗反射涂层15被成形在与所述光反射端部表面相对的半导体激光装置20的光辐射端部表面上。反射薄膜14与抗反射涂层15在半导体激光装置20的激活区域3内形成一个光学谐振器。正如在图2中所看到的那样，该谐振器具有预定的长度L，这些将在下面进行进一步描述。在该光谐振器中的GRIN-SCH-MQW有源层3内部所产生的光束由反射薄膜14反射，并且经由抗反射涂层15作为输出激光束辐射出去。
因此，正如在图1至3所示实施例中所看到的那样，本发明在半导体激光装置20中的间隔层4之内成形了一个衍射光栅。本发明人已经认识到，相对于诸如参照图17所描述的外部光纤光栅式激光模块而言，这种被包含在半导体激光装置内部的整体式衍射光栅提供了若干优点。
首先，图17所示出的半导体激光模块提供了一个具有较高RIN的光源，正如前面所讨论过的那样，这恰好与喇曼放大器的需求相反。仍旧参照图17，本发明人已经发现，由于外部光纤光栅233与半导体激光发射元件202的反光表面222之间的谐振，所以光纤光栅式半导体激光模块201(图16中的182a至182d)具有较大的RIN。也就是说，由于光纤光栅233与半导体发光元件202之间的较长间距，所以无法稳定地进行喇曼放大。但是，由于本发明中的半导体激光装置20在无需利用外部光纤光栅的条件下直接将由低反射涂层15所辐射的激光束作为喇曼放大器的泵浦光源，所以RIN较小。因此，喇曼增益的波动变得较小，并且在利用了根据本发明的整体式衍射光栅半导体激光装置的系统中，可以稳定地进行喇曼放大。
另外，由于RIN小，所以当用于喇曼放大系统中时，本发明中的整体光栅式半导体激光装置不会象光纤光栅式半导体激光模块那样限制逆向泵激方法的使用。申请人已经认识到，由于正向泵浦方法存在有这个问题，即泵浦光的伴生波动噪音(fluctuation-associated noises)易于被调制到信号上，所以逆向泵激方法更为频繁地用于现有的光纤光栅式喇曼放大系统中，其中，在正向泵浦方法中，微弱的信号光束在与强烈的受激光束相同的方向上前进。正如前面所讨论过的那样，本发明中的半导体激光装置提供了一种用于进行喇曼放大的稳定泵浦光源，从而可以方便地适用于正向泵浦方法。
图17中所示半导体激光模块的机械稳定问题也由本发明加以削弱。由于衍射光栅装置中的谐振器不再与半导体激光装置物理性分离开，而是整体结合入其中，所以本第一实施例中的半导体激光装置不再会出现由于机械振动或周围温度的变化而导致的激光振荡特性的变化，并且可以获得稳定的光输出和喇曼增益。另外，由于本发明中的衍射光栅被结合入半导体装置，所以光栅的温度由对半导体装置提供温度控制的温度控制单元进行控制。这不仅避免了周围温度变化对由光栅所选择的振荡波长的影响，而且提供了一个机构，用来如同下面将要进一步描述的那样对根据本发明的多重模式激光装置的振荡波长进行控制。
虽然本发明中的整体式衍射光栅装置与光纤光栅式激光模块相比提供前述优点，但是本发明的主要用途仍然是喇曼放大器中的泵浦光源。因此，本发明中的整体式衍射光栅装置还必须提供多重纵向工作模式。除了传统的整体式光栅装置仅提供适合于单一光源的单一工作模式之外，本发明人还发现，整体式衍射光栅装置能够提供适于用于喇曼放大的泵浦光源的多重工作模式。
图4示出了本发明中衍射光栅式半导体激光装置的多重纵向振荡模式输出特性。正如在该图中所看到的那样，振荡波长谱30提供了多个由波长间隔Δλ分开的纵向模式，比如31、32和33。由于本发明中激光装置内的整体式衍射光栅利用其布拉格波长(Bragg wavelength)选择一种纵向模式，因此图4还示出了振荡波长谱30的预定谱宽度w，该光谱宽度w由振荡波长谱的半功率点hp加以限定。预定谱宽度w是一个预定谱宽度，该谱带宽限定了振荡波长谱上包括有激光工作模式的那部分。因此，虽然图4所示出的预定谱宽度w是半最大功率点处的全带宽(FWHM)，但是应该明白的是，该预定谱宽度w可以由振荡波长谱30上的任何带宽加以限定。例如，另外一种用于对预定谱宽度进行限定的公知方法，是从振荡波长谱30上的最大功率点下移10db。从本说明书所能够明白的是，根据如何对预定谱宽度w加以限定，对于给定的振荡波长谱来说，激光工作模式的数目可以发生变化。因此，正如本发明人所认识到的那样，为了提供用于降低喇曼放大器中受激布里渊散射所需的多重纵向振荡模式特性，本发明中的整体衍射光栅式激光装置必须提供多个纵向振荡模式，这些纵向振荡模式位于振荡波长谱30中的预定谱宽度w之内。
另外，本发明人已经认识到，正如图4中所示出的模式31、32和33那样，包括在预定谱宽度w内的纵向模式的数目至少应为三个。正如前面所讨论过的那样，采用正向泵浦方法的喇曼放大系统所存在的一个问题是，最终的增益决定于入射的泵浦光的偏振。这种依赖性通过对由两个半导体激光装置20输出的泵浦光进行偏振复合来加以消除，或者通过利用偏振保持光纤来作为消偏振器对由单个半导体激光装置所输出的泵浦光进行消偏振处理来加以消除(这些可选择的实施例分别在图13和13A中示出，并且将在下面进行进一步描述)。在后一种情况下，偏振保持光纤的偏振轴相对于由半导体激光装置所发出光线的角度大约为45度。利用这种构造，可以通过经偏振保持光纤传导一微小的距离，而使得具有单一偏振的激光装置的输出获得随机的偏振。通常，纵向振荡模式的数目增加越多，偏振保持光纤的长度可以越短。尤其是，当纵向振荡模式的数目大于三，优选地是四或者五时，激光的相干长度将会缩短，并且用于对该激光进行消偏振处理所必需的偏振保持光纤的长度也会大大缩短。因此，将易于获得低偏振度(DOP)的激光，降低喇曼放大器的偏振依赖性，使该喇曼放大器适合于替代两个与具有较高功率的单个激光模块进行偏振复合的激光模块，并且从而降低激光和偏振保持光纤的成本。
为了在振荡曲线(the oscillation profile)中的预定谱宽度内获得所需的多个振荡模式，本发明人已经认识到，可以对预定谱宽度w和/或波长间隔Δλ进行控制。但是，喇曼放大系统对波长间隔Δλ和振荡波长谱30的预定谱宽度w的值存在限制。针对波长间隔Δλ，正如图4中所示出的那样，本发明人已经确定出该值应该为0.1nm或者更大。这是因为，在利用半导体激光装置20作为喇曼放大器中的泵浦光源的情况下，如果波长间隔Δλ为0.1nm或者更大，那么不大可能产生受激布里渊散射。针对振荡波长谱30中的预定谱宽度w，如果振荡波长的预定谱宽度过宽，那么由波长复合耦合器所造成的耦合损耗将增大。另外，由于在振荡波长的所述光谱宽度内波长的波动，所以还会产生噪音和增益变化。因此，正如图4中所示出的那样，本发明人已经确定出，振荡波长谱30的预定谱宽度w应该为3nm或者更小，并且优选地是2nm或者更小。
通常，由半导体装置的谐振器所产生的纵向模式的波长间隔Δλ可以由下述公式进行表示Δλ＝λ02/(2·n·L)其中，n是有效折射率，λ0是振荡波长，而L则是如前面参照图1至3所讨论的那样由反射涂层14与抗反射涂层15所形成的谐振器的长度。从这个公式可以看到，忽略仅对Δλ具有边界影响的反射率n，则谐振器的长度越长，波长间隔Δλ就越窄，并且用于振荡具有单一纵向模式的激光束的可选条件变得更为严格。但是，为了在3nm或者更小的预定谱宽度w内提供所需的多个纵向模式，谐振器的长度L不能够做得太短。例如，在图1至3所示的衍射光栅装置中，振荡波长λ0为1480nm，并且有效反射系数是3.5，当谐振器的长度为800微米时，纵向模式的波长间距Δλ大约为0.39nm。当谐振器长度为800微米或者更大时，易于获得多个模式和更高的输出功率。同样，谐振器长度L必须不做得太长，以致于无法实现所需的0.1nm的波长间隔。仍旧参照图1至3所示出的示例，当谐振器的长度为3200微米时，纵向模式的波长间隔Δλ大约为0.1nm。
从而，对于具有1480nm的振荡波长λ0以及有效反射系数3.5的半导体激光装置来说，正如图2中所示出的那样，谐振腔的长度L必须大约位于800至3200微米的范围内。需要指出的是，具有这样谐振器长度L的整体衍射光栅式半导体激光装置未用于传统的半导体激光装置中，因为当谐振器长度L为800微米或者更大时，难以实现单一纵向模式振荡。但是，本发明的半导体激光装置20，通过主动地使得谐振器的长度为800微米或者更长，人为地提供一个激光输出，该激光输出具有多个位于振荡波长谱中预定谱宽度w内的纵向振荡模式。并且带有这种长谐振器长度的激光二极管适合于获得高的输出功率。
根据本发明的另一个实施例，通过拓宽振荡曲线30中的预定谱宽度w，实现在振荡曲线30的预定谱宽度w内提供多个工作模式的目的。在该实施例中，通过改变耦合系数(coupling coefficient)K和/或衍射光栅的光栅长度Lg，来改变振荡波长谱30的预定谱宽度w。具体地说，假设复合耦合系数K*Lg(下文中称作“耦合系数”)固定并且预定谱宽度w由FWHM点加以限定，那么当谐振器的光栅长度Lg减小时，预定谱宽度w将会增大，从而允许大量的纵向模式占据该预定谱宽度w，作为激光的工作模式。在这个方面，应该指出的是，传统的整体式光栅装置仅使用全长式光栅结构(a full lengthgrating structure)。这是因为这些传统的装置仅提供单一的工作模式，在这些工作模式中，并不希望增大预定谱宽度。本发明人已经发现，缩短光栅的长度有助于形成多重工作模式。以这种方式，在根据本发明拓宽预定谱宽度w的同时，由反射涂层14与抗反射涂层15所形成的法布里-珀罗型谐振器的影响可以较小。
图5是一个沿长度方向的垂直剖视图，示出了一个根据本发明一实施例的半导体激光装置的一般构造。图5中所示出的半导体激光装置的振荡波长为980至1550nm，优选地是1480nm，并且除了短衍射光栅43以及反射涂层14与抗反射涂层15的反射性能之外，与图1至3中所示的构造相似。衍射光栅43是一个短光栅，该光栅与抗反射涂层15之间的距离为预定的长度Lg1。在这个方面，本发明人已经发现，如果衍射光栅43被大体成形在抗反射涂层15的区域内，那么超低光反射涂层应当用作抗反射涂层15，而高的光反射涂层应当用作反射涂层14。从而，图5的反射涂层14和抗反射涂层15优选地分别具有80％或者更高的反射率和2％或者更低的反射率。另外，当如图5中所示那样衍射光栅被成形在抗反射涂层15侧时，优选地将衍射光栅43本身的反射率设定为相当低；从而，耦合系数K*Lg优选地被设定为0.3或者更小，并且优选地被设定为0.1或者更小。
作为图5中所示衍射光栅式半导体激光装置的一个特定示例，在耦合系数K*Lg为0.1的条件下，谐振器的长度L可以被设定为1300微米，并且衍射光栅43的光栅长度可以被设定为100微米。利用一个反射率为0.1％的前侧面15和一个反射率为97％的后侧面14，振荡波长谱30的预定谱宽度为0.5至0.6nm，并且可以在该预定谱宽度内包含有3种振荡模式。图5是一曲线图，示出了这种半导体激光装置的光输出功率，该光输出功率与振荡波长呈一个函数关系。所示出的这种激光装置还具有一个在10GHz左右时低于一140db/Hz的RIN，和超过300毫安的驱动电流。
图6是一个沿长度方向的垂直剖视图，示出了一个整体式衍射光栅44，该衍射光栅44被成形在反射涂层14侧(即后侧面)，而不是图5所示的衍射光栅43。本发明人已经确定出，如果衍射光栅44被大体成形在反射涂层14的区域之内，那么反射率为1％至5％，优选地是0.1％至2％的超低光反射涂层应该象图5所示出的实施例那样，用作抗反射涂层15。但是，与图5中所示激光装置不同，图6中的反射涂层14具有1％至5％的低光反射率，优选地是0.1％至2％，更为优选的是0.1％或者更低。另外，当衍射光栅象图6中所示那样被成形在反射涂层15侧时，优选地将衍射光栅44本身的反射率设定为相当高；从而，K*Lg优选地被设定为1或者更大。
图7是一个沿长度方向的垂直剖视图，示出了一个结合有图5和6中所示结构的半导体激光装置的构造。也就是说，该半导体激光装置具有一个衍射光栅45和一个衍射光栅46，其中衍射光栅45成形在与抗反射涂层15间隔预定长度Lg3的位置处，该抗反射涂层15具有0.1％至2％的超低光反射率，优选地是0.1％或者更低，而衍射光栅46成形在与反射涂层14间隔预定长度Lg4的位置处，该反射涂层14也具有0.1％至2％的超低光反射率，优选地是0.1％或者更低。另外，由于衍射光栅45和46分别被成形在抗反射涂层15侧和反射涂层14侧，因此，衍射光栅45本身的反射率被设定为相当低，而衍射光栅46本身的反射率被设定为相当高。更具体地说，前侧面的K*Lg被设定为0.3或者更低，而后侧面的K*Lg为1或者更高。
因此，正如图5至7中所示出的那样，缩短半导体激光装置中的衍射光栅，拓宽了振荡波长谱的预定谱宽度w，从而即使在波长间隔Δλ固定的情况下，仍然允许该半导体激光装置提供所需用于喇曼放大的多重纵向模式。另外，虽然图5至7示出了被成形在抗反射涂层15侧和/或反射涂层14侧的衍射光栅43至46，但是应该明白的是，衍射光栅并不局限于这些构造，并且只要是考虑到了衍射光栅、反射涂层及抗反射涂层的反射率，可以在沿GRIN-SCH-MQW有源层3的任意位置处成形一个相对于谐振器长度L具有部分长度的衍射光栅。
在前述的各个实施例中，衍射光栅均具有固定的光栅周期。在本发明的另外一个实施例中，通过改变衍射光栅的间距来对振荡曲线30中的预定谱宽度w进行控制。更具体地说，本发明人已经认识到，当光栅元件的宽度(即光栅间距)增大时，振荡波长谱曲线30将会向较长的波长发生偏移。类似地，当光栅间距减小时，振荡波长谱曲线30将会向更短的波长发生偏移。基于这种认识，本发明人已经发现，线性调频衍射光栅(其中该衍射光栅13的光栅周期周期性地变化)通过同一个激光装置形成至少两个振荡曲线。这两个振荡曲线组合起来形成一个复合曲线，该复合曲线具有一个相对较宽的预定谱宽度w，从而有效地增加了预定谱宽度w内纵向模式的数目。
图8是一个沿长度方向的垂直剖视图，示出了一个具有线性调频衍射光栅的半导体激光装置的一般构造。正如在该图中所示出的那样，衍射光栅47被制成包括至少两个光栅周期Λ1和Λ2。图9是一曲线图，示出了利用图8中的组合周期Λ1和Λ2产生一个复合振荡波长谱的原理。正如在图9中所示出的那样，由于间距Λ1大于Λ2，所以与对应Λ2的振荡波长谱相比，对应于Λ1的振荡波长谱产生于较长的波长处。当使这些独立的振荡波长谱叠合在一起，使得与Λ2波谱的长波长半功率点相比，Λ1波谱的短波长半功率点位于更短的波长处时，将会形成一个如图9所示的复合振荡波长谱900。这个复合波谱900限定出了一个复合波谱宽度，从而有效地拓宽振荡波长谱中的预定谱宽度，以包括更大数目的纵向振荡模式。
图10示出了衍射光栅47中光栅周期的周期性波动。正如在图10中所示出的那样，衍射光栅47具有这样一个结构，其中平均周期为220nm，并且按周期C重复±0.15nm的周期性波动(偏差)。在这个示例中，衍射光栅47的反射波段以此±0.15nm的周期性波动之差而具有约2nm的半宽度，从而能够在该复合振荡波长谱中的复合宽度wc内包括有三至六个纵向振荡模式。
虽然在前述实施例中线性调频光栅的光栅周期以固定的周期C进行变化，但是本发明的构造并不局限于此，并且光栅周期可以在周期Λ1(220nm+0.15nm)与周期Λ2(220nm-0.15nm)之间随机变化。另外，正如在图11A中所示出的那样，衍射光栅可以被制成交替地重复周期Λ1和周期Λ2，并且可以具有给定的波动。另外，正如在图11B中所示出的那样，衍射光栅可以被制成分别多次地交替重复周期Λ1和周期Λ2，并且具有给定的波动。正如在图11C中所示出的那样，衍射光栅可以被制成具有多个连续的周期Λ1和多个连续的周期Λ2，并且可以具有给定的波动量。另外，可以通过添加一个这样的周期来设置衍射光栅，该周期在周期Λ1和周期Λ2之间具有离散的不同值。
从而，正如图8至11所示出的那样，通过使得半导体激光装置中提供的衍射光栅在整个线性调频光栅上具有相对于平均周期加或减几nm的周期性波动，复合振荡波长谱wc的预定谱宽度可以被设定成所需的值。因此，利用本实施例中的半导体激光装置可以提供一个在预定谱宽度之内具有多个纵向振荡模式的输出激光束。另外，虽然前述实施例的线性调频光栅大体被设定为等于谐振器的长度L，但是应该明白的是，本发明的构造并不局限于此，并且线性调频光栅可以如前所述那样沿着谐振器L的一部分(即有源层)而成形。
图12是一个垂直剖视图，示出了一个半导体激光模块的构造，该半导体激光模块具有一个根据本发明的半导体激光装置。该半导体激光模块50包括有一个半导体激光装置51、一个第一透镜52、一个内部隔离器53、一个第二透镜54以及一根光纤55。半导体激光装置51是一个根据任意前述半导体激光装置构造而成的整体式光栅装置，并且从该半导体激光装置51发出的激光束经由第一透镜52、内部隔离器53和第二透镜54而导入光纤55中。第二透镜54被设置在激光束的光轴上，并且与光纤55光学耦合。
本发明人已经认识到，在具有本发明中所述半导体激光装置51的半导体激光模块50中，由于衍射光栅被成形在半导体激光装置51的内部，所以内部隔离器53可以居于半导体激光装置51与光纤55之间。这就带有了一个优点，即由其它光学组件反射回来的光束或者从半导体激光模块50外部反射进来的光束将不会再次入射到该激光装置51中的谐振器内。从而，即使存在有来自外部的反射，半导体激光装置51的振荡仍然能够稳定。另外，将内部隔离器53置于激光装置51与光纤55之间，不会对该激光模块引入能量损耗。正如本技术领域中所公知的那样，隔离器的损耗主要在于会聚透镜区域内，该会聚透镜将光束会聚到一根位于隔离材料输出端部处的光纤上。这种损耗由于该输出透镜与一输出光纤之间的耦合而引起。但是，通过利用一个内部隔离器53，该激光模块50的第二透镜54具有了隔离器的输出透镜的功能。由于即使没有内部隔离器，第二透镜54也是激光模块50所必需的，因此内部隔离器53不会向激光模块50引入任何能量损耗。实际上，正如下面将要进一步描述的那样，利用内部隔离器减小了喇曼放大系统的能量损耗。内部隔离器53所带来的另一优点是它提供了稳定的隔离特性。更具体地说，由于内部隔离器53与珀尔帖(Peltier)模块58相接触，所以内部隔离器53保持在恒定的温度下，从而不具有外部隔离器的波动隔离特性，该外部隔离器通常置于环境温度下。
一个背面监测光敏二极管56被设置在用作散热装置的基体57上，并且被连接在一个温度控制装置58上，该温度控制装置58被安装在激光模块50的金属封壳59上。背面监测光敏二极管56检测来自半导体激光装置51的反射涂层侧的光泄漏。温度控制装置58是一个珀尔帖模块。虽然电流(未示出)被供给至珀尔帖模块58以利用其偏振作用来进行冷却和加热，但是珀尔帖模块58主要用作冷却装置，以防止由于半导体激光装置51的温度升高而导致的振荡波长偏移。也就是说，如果一激光束的波长大于所需的波长，那么珀尔帖元件58将对该半导体激光装置51进行冷却，并且控制其处于较低的温度下，但如果一激光束的波长小于所需的波长，那么珀尔帖元件58将对该半导体激光装置51进行加热，并且控制其处于较高的温度下。通过执行这种温度控制，可以提高该半导体激光装置的波长稳定性。选择性地，可以利用一个热敏电阻58a来对激光装置的特性进行控制。如果由位于激光装置51附近的热敏电阻58a测定出的该激光装置的温度较高，珀尔帖模块58将对该半导体激光装置51进行冷却，如果温度较低，该珀尔帖模块58将对该半导体激光装置51进行加热。通过执行这种温度控制，所述半导体激光装置的波长和输出功率强度得以稳定。
利用了根据本发明的整体式激光装置的激光模块50还具有另外一个优点，即珀尔帖模块可以被用来对该激光装置的振荡波长进行控制。正如前面所描述的那样，衍射光栅的波长选择特性决定于温度，利用根据本发明整体结合入半导体激光装置内的衍射光栅，珀尔帖模块58可以被用来有效地对光栅的温度进行控制，从而，对该激光装置的振荡波长进行控制。
图13是一个方框图，示出了一个根据本发明的用于WDM通讯系统中的喇曼放大器的结构。在图13中，半导体激光模块60a至60d均属于图2所示实施例中所述的类型。激光模块60a和60b经由偏振保持光纤71向偏振复合耦合器输出具有相同波长的激光束。类似地，由各个半导体激光模块60c和60d所输出的激光束也具有相同的波长，并且利用偏振复合耦合器61b来对它们进行偏振复合。根据本发明，各个激光模块60a至60d均经由偏振保持光纤71向相应的偏振复合耦合器61a和61b输出一个具有多个纵向振荡模式的激光束。
偏振复合耦合器61a和61b向一个WDM耦合器62输出经过偏振复合后的激光束，这些激光束具有不同的波长。WDM耦合器62对自偏振复合耦合器61a和61b输出的激光束进行复合，并且经由WDM耦合器65向放大光纤64输出经过复合后的激光束，来作为泵浦光束。从而，正如图13中所示出的那样，利用了一个根据本发明的激光模块的喇曼放大器不包括诸如图17中所示的隔离器60那样的外部隔离器。因此，图13的喇曼放大系统避免了与外部隔离器相伴生的如前所述的能量损耗。需要进行放大的信号光束经由独立偏振隔离器(polarization-independent isolator)63自信号光线输入光纤69输入到放大光纤64内。经过放大后的信号光束通过与泵浦光束进行复合而得以喇曼放大，并且经由WDM耦合器65和独立偏振隔离器66输入到一个监测光支路耦合器67(monitor light branching coupler)中。监测光支路耦合器67将经过放大的信号光束的一部分输送至控制电路68，并且将剩余的经过放大的信号光束作为输出激光束输送至信号光线输出光纤70中。
控制电路68基于那部分被输送至该控制电路68中的经放大的信号光束，对各个半导体发光元件180a至180d的发光状态进行控制，比如对光的强度进行控制。另外，控制电路68对喇曼放大的增益波段进行反馈控制，使得增益波段对波长不再敏感。
图13中所描述的喇曼放大器实现了如前所述的半导体激光装置的所有优点。例如，虽然图13中所示出的喇曼放大器采用了逆向泵浦方法，但是，由于半导体激光模块60a至60d输出稳定的泵浦光束，所以无论喇曼放大器采用的是正向泵浦方法或者是双向泵浦方法，均能够进行稳定的喇曼放大。
所述喇曼放大器可以被构造成能够对多个未经偏振复合的泵浦光进行波长复合。也就是说，本发明中的半导体激光模块可以被用于一个不对泵浦光进行偏振复合的喇曼放大器中。图13A是一个方框图，示出了一个根据本发明一实施例的喇曼放大器的构造，其中通过利用偏振保持光纤作为消偏振器来对由单个半导体激光装置所输出的泵浦光束进行消偏振处理，消除了偏振依赖性。正如在该图中所看到的那样，激光模块60A和60C直接通过一个偏振保持光纤71而被连接到WDM耦合器62上。在这种构造中，偏振保持光纤的偏振轴相对于由半导体激光装置所发出的光线的角度大约为45度。正如前面所提及的那样，由于在激光输出波谱中的预定谱宽度内包括至少三个纵向模式，所以激光的相干长度变得较短，并且对该激光进行消偏振所必需的偏振保持光纤的长度也大大缩短。从而，更易于获得偏振度(DOP)较低的激光，降低了喇曼放大器的偏振依赖性。因此，本发明中的激光装置提供了另外一个优点，即能够利用两个被偏振复合的激光模块单元(如图13所示)来替代一个具有较大功率的消偏振激光模块单元(如图13A所示)，但却不会使DOP劣化，并且同时能够相应地降低成本。
图13和13A中所示出的喇曼放大器可以被用于如前所述的WDM通讯系统中。图14是一个方框图，示出了一个WDM通讯系统的一般构造，在该WDM通讯系统中应用了图13或图13A中所示的喇曼放大器。
在图14中，波长为λl至λn的光信号从多个发射器Tx1至Txn传递至复合耦合器80中，在这里对它们进行波长复合，并且被输送至光纤85中，以输送至远端通讯单元中。在光纤85的传输路径上，设置有多个对应于图13中所示的喇曼放大器的喇曼放大器81和83，以对发生了衰减的光信号进行放大。在光纤85上传输的信号由光信号分离器84分成具有多个波长λ1至λn的光信号，这些光信号由多个接收器Rxl至Rxn进行接收。另外，可以在光纤85上插入一个ADM(添加/删除多路复用器(Add/Drop Multiplexer))，以插入和去除具有任意波长的光信号。
显然，在前述启示下，可以对本发明进行多种改进和变型。因此，应该明白的是，在所附权利要求的范围之内，本发明可以按与此处具体描述的方式不同的方式实施。例如，作为喇曼放大的泵浦光源，本发明已经得以讨论，但是，很显然本发明的构造并不局限于这种用途，并且可以用作具有980nm和1480nm振荡波长的EDFA泵浦光源。
权利要求
1.一种半导体装置，包括有一个被构造来发射光线的有源层；以及一个衍射光栅，其中，所述半导体装置被构造来发射一光束，该光束在该半导体装置的振荡波长谱的预定谱宽度之内具有多个纵向模式。
2.如权利要求1所述的半导体装置，还包括一个反射涂层，该反射涂层位于所述有源层的第一端部处，并且大体与该有源层垂直；以及一个抗反射涂层，该抗反射涂层位于所述有源层的与所述第一端部相对的第二端部处，并且大体与所述有源层垂直，其中，所述反射涂层和所述抗反射涂层在所述有源区内限定出了一个谐振腔。
3.如权利要求2所述的半导体装置，其中，所述谐振腔的长度至少为800μm。
4.如权利要求2所述的半导体装置，其中，所述谐振腔的长度不大于3200μm。
5.如权利要求1所述的半导体装置，其中，所述衍射光栅大体沿着所述有源层的整个长度形成。
6.如权利要求5所述的半导体装置，其中，所述衍射光栅包括有多个具有恒定间距的光栅元件。
7.如权利要求5所述的半导体装置，其中，所述衍射光栅包括有一个线性调频光栅，该线性调频光栅具有多个具有波动间距的光栅元件。
8.如权利要求7所述的半导体装置，其中，所述线性调频光栅被如此形成，使得所述多个光栅元件的间距的波动为随机波动。
9.如权利要求7所述的半导体装置，其中，所述线性调频光栅被如此形成，使得所述多个光栅元件的间距的波动为周期性波动。
10.如权利要求1所述的半导体装置，其中，所述衍射光栅是一个短衍射光栅，该衍射光栅沿着所述有源层的整个长度的一部分形成。
11.如权利要求10所述的半导体装置，其中，所述衍射光栅包括有多个具有恒定间距的光栅元件。
12.如权利要求10所述的半导体装置，其中，所述衍射光栅包括有一个线性调频光栅，该线性调频光栅具有多个具有波动间距的光栅元件。
13.如权利要求12所述的半导体装置，其中，所述线性调频光栅被如此形成，使得所述多个光栅元件的间距的波动为随机波动。
14.如权利要求12所述的半导体装置，其中，所述线性调频光栅被如此形成，使得所述多个光栅元件的间距的波动为周期性波动。
15.如权利要求10所述的半导体装置，还包括一个反射涂层，该反射涂层位于所述有源层的第一端部处，并且大体与所述有源层垂直；以及一个抗反射涂层，该抗反射涂层位于所述有源层的与所述第一端部相对的第二端部处，并且大体与所述有源层垂直，其中，所述反射涂层和所述抗反射涂层在所述有源区内限定出了一个谐振腔。
16.如权利要求15所述的半导体装置，其中，所述短衍射光栅沿着有源层的一部分定位于所述抗反射涂层的附近。
17.如权利要求16所述的半导体装置，其中，所述抗反射涂层具有大约0.1％至2％的超低反射率。
18.如权利要求16所述的半导体装置，其中，所述抗反射涂层具有大约0.1％或者更低的超低反射率。
19.如权利要求16所述的半导体装置，其中，所述反射涂层具有至少80％的高反射率。
20.如权利要求16所述的半导体装置，其中，所述短衍射光栅具有相对较低的反射率。
21.如权利要求16所述的半导体装置，其中，所述短衍射光栅具有大约为0.3或者更小的耦合系数K*Lg。
22.如权利要求16所述的半导体装置，其中，所述短衍射光栅具有大约为0.1或者更小的耦合系数K*Lg。
23.如权利要求15所述的半导体装置，其中，所述短衍射光栅沿着有源层的一部分定位于所述反射涂层的附近。
24.如权利要求23所述的半导体装置，其中，所述抗反射涂层具有大约1％至5％的低反射率。
25.如权利要求23所述的半导体装置，其中，所述反射涂层具有大约0.1％至2％的超低反射率。
26.如权利要求23所述的半导体装置，其中，所述反射涂层具有大约0.1％或者更低的超低反射率。
27.如权利要求23所述的半导体装置，其中，所述短衍射光栅具有相对较高的反射率。
28.如权利要求23所述的半导体装置，其中，所述短衍射光栅具有大约为1或者更高的耦合系数K*Lg。
29.如权利要求23所述的半导体装置，其中，所述短衍射光栅具有大约为3或者更高的耦合系数K*Lg。
30.如权利要求15所述的半导体装置，其中，所述短衍射光栅包括有第一短衍射光栅和第二短衍射光栅，其中第一短衍射光栅沿着有源层的一部分定位于所述抗反射涂层的附近，而第二短衍射光栅沿着有源层的一部分定位于所述反射涂层的附近。
31.如权利要求30所述的半导体装置，其中，所述抗反射涂层和所述反射涂层具有大约0.1％至2％的超低反射率。
32.如权利要求30所述的半导体装置，其中，所述抗反射涂层和所述反射涂层具有大约0.1％或者更低的超低反射率。
33.如权利要求30所述的半导体装置，其中，所述第一短衍射光栅包括有具有相对较低反射率的第一短衍射光栅和具有相对较高反射率的第二短衍射光栅。
34.如权利要求30所述的半导体装置，其中，所述第一短衍射光栅包括具有大约为0.3或者更小的耦合系数K*Lg的第一短衍射光栅。
35.如权利要求30所述的半导体装置，其中，所述第一短衍射光栅包括具有大约为1或者更高的耦合系数K*Lg的第一短衍射光栅。
36.一种用于从半导体激光装置中提供光线的方法，包括有由所述半导体激光装置的有源层发射出光线；在所述半导体激光装置内设置一个衍射光栅，以选择所述发射出的光线的一部分来作为输出光线而由所述半导体激光装置发射出去；以及对所述半导体激光装置的物理参数进行选择，使得所述输出光束具有一振荡波长谱，该振荡波长谱在该振荡波长谱的预定谱宽度之内具有多个纵向模式。
37.如权利要求36所述的方法，其中，所述的对物理参数进行选择的步骤包括对所述半导体激光装置的谐振腔的长度进行设定，以在所述多个纵向模式之间提供预定的波长间隔。
38.如权利要求37所述的方法，其中，所述的对谐振腔的长度进行设定的步骤包括对该长度进行设定，使得所述多个纵向模式之间的波长间隔为至少0.1nm。
39.如权利要求38所述的方法，其中，所述的对谐振腔的长度进行设定的步骤包括将该腔的长度设定为不大于3200μm。
40.如权利要求37所述的方法，其中，所述的对谐振腔的长度进行设定的步骤包括对该长度进行设定，使得所述多个纵向模式有可能在振荡波长谱的所述预定谱宽度之内得以形成。
41.如权利要求40所述的方法，其中，所述的对谐振腔的长度进行设定的步骤包括将该腔的长度设定为至少800μm。
42.如权利要求36所述的方法，其中，所述的对物理参数进行选择的步骤包括将所述衍射光栅的长度设定为小于所述有源层的长度，从而拓宽振荡波长谱的所述预定谱宽度。
43.如权利要求42所述的方法，还包括将所述衍射光栅设置在该半导体激光装置的抗反射涂层的附近。
44.如权利要求43所述的方法，还包括将所述抗反射涂层的反射率设定至大约0.1％至2％。
45.如权利要求43所述的方法，还包括将所述抗反射涂层的反射率设定至大约0.1％或者更低。
46.如权利要求43所述的方法，还包括将与所述抗反射涂层相对的反射涂层的反射率设定为至少80％。
47.如权利要求43所述的方法，还包括将所述衍射光栅的反射率设定至较低水平。
48.如权利要求43所述的方法，还包括将耦合系数K*Lg设定为大约0.3或者更小。
49.如权利要求43所述的方法，还包括将耦合系数K*Lg设定为大约0.1或者更小。
50.如权利要求42所述的方法，还包括将所述衍射光栅设置于该半导体激光装置的反射涂层的附近。
51.如权利要求50所述的方法，还包括将所述反射涂层的反射率设定为大约0.1％至2％。
52.如权利要求50所述的方法，还包括将所述反射涂层的反射率设定为大约0.1％或者更低。
53.如权利要求50所述的方法，还包括将与所述反射涂层相对的抗反射涂层的反射率设定为大约1％至5％。
54.如权利要求50所述的方法，还包括将所述衍射光栅的反射率设定至较高水平。
55.如权利要求50所述的方法，还包括将耦合系数K*Lg设定为大约1或者更高。
56.如权利要求50所述的方法，还包括将耦合系数K*Lg设定为大约3或者更高。
57.如权利要求42所述的方法，还包括将所述衍射光栅作为第一短衍射光栅设置于该半导体激光装置的发光薄膜的附近，并且将第二短衍射光栅设置于与所述抗反射涂层相对的反射涂层附近。
58.如权利要求55所述的方法，还包括将所述抗反射涂层和所述反射涂层的反射率设定为大约0.1％至2％。
59.如权利要求55所述的方法，还包括将所述抗反射涂层和诉述反射涂层的反射率设定为大约0.1％或者更低。
60.如权利要求55所述的方法，还包括将所述第一和第二衍射光栅的反射率分别设定为相对较低水平和相对较高水平。
61.如权利要求55所述的方法，还包括将所述第一和第二衍射光栅的耦合系数K*Lg分别设定为大约0.3或者更小和大约1或者更高。
62.如权利要求36所述的方法，其中，所述的对物理参数进行选择的步骤包括将所述衍射光栅形成为一个线性调频光栅，该线性调频光栅具有多个具有波动间距的光栅元件，从而拓宽振荡波长谱的所述预定谱宽度。
63.如权利要求62所述的方法，其中，所述的形成所述线性调频光栅的步骤包括如此形成该线性调频光栅，使得所述多个光栅元件的间距的波动为随机波动。
64.如权利要求62所述的方法，其中，所述的形成所述线性调频光栅的步骤包括如此形成该线性调频光栅，使得所述多个光栅元件的间距的波动为周期性波动。
65.一种半导体激光装置，包括有用于在所述半导体激光装置内发射光线的装置；用于选择所述的发射出的光的一部分，以将其作为输出光束而由所述半导体激光装置发射出的装置；以及用于确保所述输出光束具有一振荡波长谱的装置，该振荡波长谱具有位于振荡波长谱的预定谱宽度之内的多个纵向模式。
66.如权利要求65所述的半导体激光装置，其中，所述的用于确保所述输出光束具有该振荡波长谱的装置包括用于对所述多个纵向模式之间的波长间隔进行设定的装置。
67.如权利要求66所述的半导体激光装置，其中，所述的用于设定波长间隔的装置包括用于将波长间隔设定为至少0.1nm的装置。
68.如权利要求65所述的半导体激光装置，其中，所述的用于确保所述输出光束具有该振荡波长谱的装置包括用于对所述振荡波长谱的预定谱宽度进行设定的装置。
69.如权利要求68所述的半导体激光装置，其中，所述的用于对所述振荡波长谱的预定谱宽度进行设定的装置包括用于将该预定谱宽度设定为不超过3nm的装置。
70.一种半导体激光模块，包括有一个半导体激光装置，该半导体激光装置包括一个被构造来发射光线的有源层；以及一个衍射光栅，其中，所述半导体装置被构造来发射一光束，该光束在该半导体装置的振荡波长谱的预定谱宽度之内具有多个纵向模式。
71.如权利要求70所述的半导体激光模块，还包括一个内部隔离器，该内部隔离器夹在所述半导体激光装置与一个耦合在所述半导体激光模块的输出端上的光纤之间。
72.如权利要求71所述的半导体激光模块，还包括一个温度控制装置，该温度控制装置被构造来对所述内部隔离器的隔离特性进行控制。
73.如权利要求70所述的半导体激光模块，还包括一个温度控制装置，该温度控制装置被构造来对所述半导体激光装置的振荡波长进行控制。
74.如权利要求73所述的半导体激光模块，其中，所述温度控制装置包括珀尔帖模块。
75.如权利要求73所述的半导体激光模块，其中，所述温度控制装置包括有一个热敏电阻。
76.如权利要求70所述的半导体激光模块，还包括一个用于对所述半导体激光装置的振荡波长进行控制的装置。
77.如权利要求70所述的半导体激光模块，还包括一个偏振保持光纤，其中该偏振保持光纤的偏振轴相对于由该半导体激光装置所发出的光线的角度大约为45度。
78.一种光纤放大器，包括有一个半导体激光装置，该半导体激光装置包括一个被构造来发射光线的有源层；以及一个衍射光栅，其中，所述半导体装置被构造来发射一光束，该光束在该半导体装置的振荡波长谱的预定谱宽度之内具有多个纵向模式。
79.一种波分复用系统，包括有一个光纤放大器，该光纤放大器包括有一个半导体激光装置，该半导体激光装置包括一个被构造来发射光线的有源层；以及一个衍射光栅，其中，所述半导体装置被构造来发射一光束，该光束在该半导体装置的振荡波长谱的预定谱宽度之内具有多个纵向模式。
80.一种喇曼放大器，包括有一个半导体激光装置，该半导体激光装置包括一个被构造来发射光线的有源层；以及一个衍射光栅，其中，所述半导体装置被构造来发射一光束，该光束在该半导体装置的振荡波长谱的预定谱宽度之内具有多个纵向模式。
81.如权利要求80所述的喇曼放大器，其中，所述半导体激光装置通过一个偏振保持光纤而直接连接到一个波分复用耦合器(62)上。
82.如权利要求81所述的喇曼放大器，其中，该偏振保持光纤的偏振轴相对于由所述半导体激光装置所发出的光线的角度大约为45度。
全文摘要
本发明公开了一种半导体激光装置、模块及方法，用于提供适于为喇曼放大器提供泵浦光源的光线。该半导体激光装置包括一被构造来发射光线的有源层、一与该有源层接触的间隔层，以及一成形在该间隔层内、并被构造来发射具有多个纵向模式的光束的衍射光栅，这些纵向模式位于该半导体装置的振荡谱的预定谱宽度内。通过改变该纵向模式之间的波长间隔和/或拓宽振荡波长谱的预定谱宽度，在振荡波长谱的预定谱宽度内提供了多个纵向模式。波长间隔通过该半导体激光装置中谐振腔的长度进行设定，同时，通过缩短衍射光栅或者在衍射光栅内改变光栅元件的间距来对振荡波长谱的预定谱宽度进行设定。
文档编号H01S5/00GK1453910SQ02116190
公开日2003年11月5日 申请日期2002年4月23日 优先权日2002年4月23日
发明者筑地直树, 吉田顺自, 舟桥政树 申请人:古河电气工业株式会社