一种用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法转让专利
申请号 : CN201911347961.9
文献号 : CN111220356B
文献日 : 2021-08-17
发明人 : 不公告发明人
申请人 : 苏州辰睿光电有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法,其特征在于,包括:获取光传输数据;
所述光传输数据包括:非集成出光面的反射率、非集成反射面的反射率、集成反射面的反射率、激光器腔长及激光器脊宽;
测量不同腔长的激光器在不同电流下的功率值,所述不同腔长的激光器包括:非集成激光器及集成激光器;
根据各激光器在不同电流下的功率值,绘制各电流功率曲线;
根据各电流功率曲线,得到各激光器的测量阈值电流;
根据光传输数据、光增益与阈值电流密度关系式、非集成阈值增益计算公式、集成阈值增益计算公式及各激光器的测量阈值电流,得到集成激光器的光功率;
所述根据光传输数据、光增益与阈值电流密度关系式、非集成阈值增益计算公式、集成阈值增益计算公式及各激光器的测量阈值电流,得到集成激光器的光功率的步骤,包括:获取各非集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值,根据各非集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值及激光器腔长的倒数,拟合出各非集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的非集成变化曲线,获取非集成变化曲线的斜率;
获取各集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值,根据各集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值及激光器腔长的倒数,拟合出各集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的集成变化曲线,获取集成变化曲线的斜率;
根据光增益与电流密度关系式及非集成阈值增益计算公式,得到各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式;
根据光增益与电流密度关系式及集成阈值增益计算公式,得到各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式;
根据非集成变化曲线的斜率、集成变化曲线的斜率、各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式及各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式,得到集成激光器的光功率。
2.根据权利要求1所述的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法,其特征在于,所述光增益与阈值电流密度关系式通过以下公式表示:其中,Gth表示阈值增益,G0表示预设增益,Jth表示阈值电流密度,J0表示预设电流密度。
3.根据权利要求2所述的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法,其特征在于,包括:
根据各激光器的测量阈值电流,得到各测量阈值电流密度;
所述测量阈值电流密度通过以下公式计算:其中,Jth,s表示测量阈值电流密度,Ith表示测量阈值电流,w表示激光器脊宽,L表示激光器腔长。
4.根据权利要求1所述的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法,其特征在于,所述非集成阈值增益计算公式如下:其中,Gth,1表示非集成阈值增益,αi表示激光器的内损耗,R1和R2分别表示非集成反射面的反射率和非集成出光面的反射率,L表示激光器腔长。
5.根据权利要求4所述的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法,其特征在于,所述集成阈值增益计算公式如下:
其中,Gth,back表示集成阈值增益,αi表示激光器的内损耗,R反表示集成反射面的反射率,R出表示集成出光面的反射率,L表示激光器腔长。
6.根据权利要求1所述的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法,其特征在于,所述非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式如下:其中,αi表示激光器的内损耗,R1和R2分别表示非集成反射面的反射率和非集成出光面的反射率,L表示激光器腔长,G0表示预设增益,Jth,1表示非集成阈值电流密度,J0表示预设电流密度。
7.根据权利要求1所述的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法,其特征在于,所述集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式如下:其中,αi表示激光器的内损耗,R反表示集成反射面的反射率,R出表示集成出光面的反射率,L表示激光器腔长,G0表示预设增益,Jth,back表示集成阈值电流密度,J0表示预设电流密度。
8.根据权利要求7所述的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法,其特征在于,根据非集成变化曲线的斜率、集成变化曲线的斜率、各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式及各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式,得到集成激光器的光功率的步骤,包括:根据各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式,得到各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式的非集成变化曲线的斜率,通过以下公式表示:其中,K1表示非集成变化曲线的斜率,ln(Jth,1)表示非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值,L表示激光器腔长,R1和R2分别表示非集成反射面的反射率和非集成出光面的反射率;
根据各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式,得到各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式的集成变化曲线的斜率,通过以下公式表示:其中,K2集成变化曲线的斜率,ln(Jth,back)表示集成激光器的阈值电流密度的自然对数值,L表示激光器腔长,R反表示集成反射面的反射率,R出表示集成出光面的反射率;
通过以下公式计算集成出光面的反射率:其中,K1表示非集成变化曲线的斜率,K2集成变化曲线的斜率,R1和R2分别表示非集成反射面的反射率和非集成出光面的反射率,R反表示集成反射面的反射率,R出表示集成出光面的反射率;
根据集成出光面的反射率,得到集成激光器的光功率。
说明书 :
一种用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法
技术领域
背景技术
着大数据时代的到来,芯片间的光传输需要采用集成光子电路,以求更小的体积、更佳的效
率和更省电,使得集成激光器的应用越来越普遍。
收光效率设计的限制,激光器和波导(或调变器)间的距离非常小(仅仅是数个微米量级),
无法透过实际测量的方式得到进入波导的激光功率,而工艺上的误差也会造成激光器和波
导间距的设计和实际上的不同,进而改变出光的反射率,对激光器的应用有着严重的影响。
发明内容
集成激光器的光功率的问题。
光器包括:非集成激光器及集成激光器;根据各激光器在不同电流下的功率值,绘制各电流
功率曲线;根据各电流功率曲线,得到各激光器的测量阈值电流;根据光传输数据、光增益
与阈值电流密度关系式、非集成阈值增益计算公式、集成阈值增益计算公式及各激光器的
测量阈值电流,得到集成激光器的光功率。
步骤,包括:获取各非集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值,根据各非集成激光器
的测量阈值电流密度的自然对数值及激光器腔长的倒数,拟合出各非集成激光器的测量阈
值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的非集成变化曲线,获取非集成变化曲
线的斜率;获取各集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值,根据各集成激光器的测
量阈值电流密度的自然对数值及激光器腔长的倒数,拟合出各集成激光器的测量阈值电流
密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的集成变化曲线,获取集成变化曲线的斜率;
根据光增益与电流密度关系式及非集成阈值增益计算公式,得到各非集成激光器的阈值电
流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式;根据光增益与电流密度关系式及
集成阈值增益计算公式,得到各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的
倒数变化的表达式;根据非集成变化曲线的斜率、集成变化曲线的斜率、各非集成激光器的
阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式及各集成激光器的阈值电
流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式,得到集成激光器的光功率。
预设电流密度。
流密度。
密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式,得到集成激光器的光功率的步骤,
包括:根据各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达
式,得到各非集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式
的非集成变化曲线的斜率,通过以下公式表示:
的反射率;根据各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表
达式,得到各集成激光器的阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式
的集成变化曲线的斜率,通过以下公式表示:
以下公式计算集成出光面的反射率:
出光面的反射率;根据集成出光面的反射率,得到集成激光器的光功率。
光器的测量阈值电流,最终通过光增益与阈值电流密度关系式、非集成阈值增益计算公式、
集成阈值增益计算公式及各激光器的测量阈值电流得到集成激光器的光功率,解决了集成
激光器出光面的反射率无法直接测量得到,进而无法确定集成激光器的光功率的问题。
达式,确定非集成变化曲线的斜率与集成变化曲线的斜率的比例系数,进而得到未知的集
成激光器的反射率,计算方法简单,且避免了由于工艺上的误差造成激光器和波导间距的
设计和实际上的不同,进而改变出光的反射率的问题,进而对集成激光器的的设计与特性
研究奠定了基础。
附图说明
附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前
提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
具体实施方式
人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在分析激光器的光传输特性时,首先要获取激光器的光传输数据,上述光传输数据包括:非
集成出光面的反射率、非集成反射面的反射率、集成反射面的反射率、激光器腔长及激光器
脊宽。需要说明的是,在实际应用中,非集成出光面的反射率及非集成反射面的反射率可以
由镜面镀膜决定,也可以是在自然断裂面的情况下由材料决定,本发明并不以此为限。
测量不同腔长的集成激光器的不同腔长的非集成激光器在不同电流下的功率值。假设,需
要对比的激光器的腔长分别为100、200、300、400及500μm,则需要分别测量腔长为100μm的
非集成激光器的不同腔长的非集成激光器在不同电流下的功率值,然后测量腔长为200μm
的非集成激光器的不同腔长的非集成激光器在不同电流下的功率值,以此类推,然后设计
不同腔长的集成激光器,并同样分别测出各集成激光器在不同电流下的功率值,其中选择
的不同腔长的激光器越多,拟合结果会越准确。需要说明的是,本发明实施例中,仅仅以腔
长分别为100、200、300、400及500μm的集成及非集成激光器为例进行说明,实际应用中根据
实际需要可以有所不同,并且测量数据的个数也可以根据实际需要进行调整,数据要至少
两组,本发明并不以此为限。
功率值,根据这些电流及功率数据分别绘制不同腔长非集成激光器的电流功率曲线及不同
腔长集成激光器的电流功率曲线。还以上述不同腔长为例进行说明,根据腔长为100、200、
300、400及500μm的非集成激光器在不同电流下的功率值,分别绘制腔长为100μm的功率随
电流变化的曲线,以此类推,其他腔长的电流功率曲线、集成激光器的不同腔长的各电流功
率曲线都能得出。
激光器加的电流值超过阈值电流值后才开始激射,并且随着电流增大,功率近似线性增大,
这个A值就被认为是激光器的阈值电流,得到激光器的测量阈值电流后,可以通过公式(1)
计算激光器的测量阈值电流密度:
激光器与集成激光器的俩个数据进行对比,得到集成激光器的光功率。
器的测量阈值电流,最终通过光增益与阈值电流密度关系式、非集成阈值增益计算公式、集
成阈值增益计算公式及各激光器的测量阈值电流得到集成激光器的光功率,解决了集成激
光器出光面的反射率无法直接测量得到,进而无法确定集成激光器的光功率的问题。
测量阈值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的非集成变化曲线,获取非集成
变化曲线的斜率。
激光器腔长的倒数,拟合出各非集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值随激光器腔
长的倒数变化的非集成变化曲线,获取非集成变化曲线的斜率。
值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的集成变化曲线,获取集成变化曲线的
斜率。
对数值及激光器腔长的倒数,拟合出各集成激光器的测量阈值电流密度的自然对数值随激
光器腔长的倒数变化的集成变化曲线,获取集成变化曲线的斜率。
预设电流密度。实际应用过程中,可以对公式(4)进行变形,得到关于各非集成激光器的阈
值电流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化关系,其中,公式(4)中L、G0、J0、R1和R2
都是已知的,而激光器的内损耗αi是由激光器的材料和结构决定的,所以集成和非集成激
光器的内损耗是相同的,因为最后是通过确定非集成变化曲线的斜率与集成变化曲线的斜
率的比例系数得到最后计算结果,因此可以不必求出激光器的内损耗的值。
光增益与电流密度关系式即公式(2)联立,得到集成激光器的阈值电流密度的对数值随激
光器腔长的倒数变化的表达式如下:
流密度。实际应用过程中,可以对公式(6)进行变形,得到关于集成激光器的阈值电流密度
的对数值随激光器腔长的倒数变化关系,其中,公式(6)中L、G0、J0、R反都是已知的,而激光器
的内损耗αi是由激光器的材料和结构决定的,因此集成和非集成激光器的内损耗是相同
的,而集成出光面的反射率是未知的,则通过非集成变化曲线的斜率与集成变化曲线的斜
率的比例系数求出集成出光面的反射率。
流密度的自然对数值随激光器腔长的倒数变化的表达式,得到集成激光器的光功率。
化的表达式可以得到非集成变化曲线的斜率与集成变化曲线的斜率的比例关系,进而通过
这个比例关系求出集成出光面的反射率,进而得到集成激光器的光功率。
变化的表达式的非集成变化曲线的斜率,通过以下公式表示:
的反射率;
变化的表达式的非集成变化曲线的斜率,并且通过公式(7)可以得出各非集成激光器的阈
值电流密度的自然对数值除以激光器腔长的倒数与 成正比关系,其中公式(7)中
K1、R1和R2都是已知量。
的表达式的集成变化曲线的斜率,通过以下公式表示:
化的表达式的集成变化曲线的斜率,并且通过公式(8)可以得出各集成激光器的阈值电流
密度的自然对数值除以激光器腔长的倒数与 成正比关系,其中公式(8)中K1和R反
都是已知量,R出是需要求的集成出光面的反射率。
出光面的反射率。
出光面的反射率,求解反光面反射率,本发明并不以此为限。
就为90%,测量得到集成激光器反射端的功率为10mW,反射面反射率为32%,则透光率就为
68%,那么就可以根据光面反射率得到出光功率,此出光功率就是(10/0.68)*0.9=13mW。
式,确定非集成变化曲线的斜率与集成变化曲线的斜率的比例系数,进而得到未知的集成
激光器的反射率,计算方法简单,且避免了由于工艺上的误差造成激光器和波导间距的设
计和实际上的不同,进而改变出光的反射率的问题,进而对集成激光器的的设计与特性研
究奠定了基础。
变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或
变动仍处于本发明创造的保护范围之中。