CN111006853B - 一种用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法，包括：获取光传输数据；测量不同腔长的激光器在不同电流下的功率值，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，得到各电流功率曲线斜率；根据各电流功率曲线斜率，得到各激光器的外量子效率；根据光传输数据、非集成微分量子效率计算公式、集成微分量子效率计算公式及外量子效率得到集成激光器的光功率。本发明通过测量不同腔长的各激光器在不同电流下的功率值，得到各电流功率曲线斜率，最终求出集成激光器的光功率，解决了集成激光器镜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。

Description

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

本发明涉及集成激光器领域，具体涉及一种用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法。

背景技术

半导体激光器包含了共振腔及高反射和出光镜面，出光镜面的反射率影响激光器的出光功率和激光器预值电流的大小，传统上激光器镜面反射率由镜面镀膜决定，但是随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。

这种情况下，激光器镜面的反射率，将由原先的镀膜变成镀膜、空气(激光器和波导间的距离)和波导材料(或调变器材料)三者的等效折射率综合形成新的反射率，但由于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

有鉴于此，本发明实施例提供了一种用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法，以解决现有技术中对于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。

本发明实施例提供了一种用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法，该方法包括：获取光传输数据；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，得到各电流功率曲线斜率；根据各电流功率曲线斜率，得到各激光器的外量子效率；根据光传输数据、非集成微分量子效率计算公式、集成微分量子效率计算公式及外量子效率得到集成激光器的光功率。

可选地，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、激光器腔长及镜面损耗。

可选地，所述外量子效率包括：非集成外量子效率及集成外量子效率。

可选地，通过以下公式计算激光器的外量子效率的值：

其中，η_d表示外量子效率，K₁表示电流功率曲线斜率，h表示普朗克常数，v表示光波频率，e表示电子电量，λ表示波长。

可选地，在得到各外量子效率的步骤之后，还包括：根据各非集成外量子效率、激光器腔长及非集成微分量子效率计算公式，得到内量子效率及内损耗。

可选地，所述非集成微分量子效率计算公式如下：

其中，η_d,1表示非集成外量子效率，η_i表示内量子效率，α_i表示内损耗，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。

可选地，所述集成微分量子效率通过以下公式表示：

其中，η_d,back表示集成微分量子效率，F_back表示出光比例系数，η_i表示内量子效率，α_m表示镜面损耗，α_i表示内损耗。

将集成微分量子效率取倒数，得到所述集成微分量子效率的计算公式如下：

其中，η_d,back表示集成微分量子效率，F_back表示出光比例系数，η_i表示内量子效率，α_i表示内损耗，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。

可选地，所述出光比例系数通过如下公式表示：

其中，η_d,back表示集成微分量子效率，F_back表示出光比例系数，η_i表示内量子效率，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，α_m表示镜面损耗，α_i表示内损耗，L表示激光器腔长。

可选地，所述根据光传输数据、非集成微分量子效率计算公式、集成微分量子效率计算公式及外量子效率得到集成激光器的光功率的步骤，包括：根据各非集成外量子效率、对应的激光器腔长及非集成微分量子效率计算公式，拟合非集成外量子效率倒数随腔长变化的非集成微分量子斜率；根据各集成外量子效率、对应的激光器腔长及集成变化曲线及集成微分量子效率计算公式，拟合集成外量子效率倒数随腔长变化的集成微分量子斜率；将非集成微分量子斜率及非集成微分量子斜率进行对比，得到集成激光器的光功率。

可选地，所述将非集成微分量子斜率及非集成微分量子斜率进行对比，得到集成激光器的光功率的步骤，包括：对比非集成微分量子斜率及非集成微分量子斜率，得到所述集成激光器出光面的反射率；根据集成激光器出光面的反射率，得到所述集成激光器的光功率。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法，通过测量得到的不同腔长的各激光器在不同电流下的功率值，得到各电流功率曲线，然后得到各电流功率曲线斜率，进而得到各激光器的外量子效率，最终通过对比非集成微分量子效率计算公式及集成微分量子效率计算公式，求出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。

2.本发明实施例提供的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法，分别通过非集成微分量子效率计算公式及集成微分量子效率计算公式，分别拟合非集成外量子效率倒数随腔长的变化的非集成微分量子斜率及集成外量子效率倒数随腔长的变化的集成微分量子斜率，然后对比两斜率，求出集成激光器的光功率，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

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的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。

图1为本发明实施例中的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法的流程图；

图2为本发明实施例中的计算集成激光器的光功率的流程图；

图3为本发明实施例中的将非集成微分量子斜率及非集成微分量子斜率进行对比，得到集成激光器的光功率的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供了一种用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法，如图1所示，该用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法具体包括：

步骤S1：获取光传输数据。

本发明实施例中，在可以测量得到非集成激光器镜面的反射率的情况下，通过非集成激光器的数据与集成激光器的数据进行对比，进而求出集成激光器出光面的光功率，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、激光器腔长及镜面损耗。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。

步骤S2：测量不同腔长的激光器的电流及功率，不同腔长的激光器包括：非集成激光器及集成激光器。

本发明实施例中，需要测量的激光器有非集成激光器和集成激光器，首先测量不同腔长的非集成激光器在不同电流下的功率值，然后设计同样的各腔长的集成激光器，再测量不同腔长的集成激光器的电流及功率。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的非集成激光器的电流及功率，然后测量腔长为200μm的非集成激光器的电流及功率，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，那么拟合结果会越准确。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。

步骤S3：根据各激光器的在不同电流下的功率值，绘制各电流功率曲线，得到各电流功率曲线斜率。

本发明实施例中，通过测量得到的各激光器在不同电流下的功率值，其中包括，不同腔长非集成激光器在不同电流下的功率值，还包括不同腔长集成激光器在不同电流下的功率值，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，得到各电流功率曲线斜率。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，得到相应的电流功率曲线斜率，以此类推，其他腔长的电流功率曲线斜率、集成激光器的不同腔长的各电流功率曲线斜率都能得出。

步骤S4：根据各电流功率曲线斜率，得到各激光器的外量子效率。

本发明实施例中，在分别得到各电流功率曲线斜率后，就能分别求出各激光器的外量子效率，此外量子效率包括根据不同腔长非集成激光器的各电流功率曲线斜率计算得到的各非集成外量子效率，还包括根据不同腔长集成激光器的各电流功率曲线斜率计算得到的集成外量子效率。

其中，可以通过以下公式计算激光器的外量子效率的值：

其中，η_d表示外量子效率，K₁表示电流功率曲线斜率，h表示普朗克常数，v表示光波频率，e表示电子电量，λ表示波长。K_n就是上边求出来的各电流功率曲线斜率，波长和电子电量也都是根据发射的光来决定的，是已知的常数，因此就可以根据各电流功率曲线斜率，分别求出对应的各外量子效率。

步骤S5：根据各非集成外量子效率及非集成微分量子效率计算公式，得到内量子效率及内损耗。

本发明实施例中，在得到各外量子效率之后，可以根据非集成外量子效率及非集成微分量子效率计算公式，计算出内量子效率及内损耗，其中，非集成微分量子效率计算公式如公式(2)所示：

其中，η_d,1表示非集成外量子效率，η_i表示内量子效率，α_i表示内损耗，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。

本发明实施例可以根据非集成激光器的两组非集成外量子效率及腔长，求出内量子效率及内损耗，因为激光器的内量子效率及内损耗是根据激光器的材料及结构设计决定的，集成与非集成对内量子效率及内损耗是没有影响的，后续就可以根据内量子效率及内损耗，对集成微分量子效率的计算公式进行未知参数求解。

步骤S6：根据光传输数据、非集成微分量子效率计算公式、集成微分量子效率计算公式及外量子效率得到集成激光器的光功率。

本发明实施例中，可以根据获取到的光传输数据、非集成微分量子效率计算公式、集成微分量子效率计算公式及外量子效率，最终通过将非集成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。

本发明实施例提供的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法，通过测量得到的不同腔长的各激光器的电流及功率，得到各电流功率曲线，然后得到各电流功率曲线斜率，进而得到各激光器的外量子效率，最终通过对比非集成微分量子效率计算公式及集成微分量子效率计算公式，求出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。

在一具体实施例中，如图2所示，执行步骤S6的过程可以具体包括如下步骤：

步骤S61：根据各非集成外量子效率、对应的激光器腔长及非集成微分量子效率计算公式，拟合非集成外量子效率倒数随腔长变化的非集成微分量子斜率。

本发明实施例中，根据不同腔长的各非集成外量子效率，还以上述举例进行说明，就可以得到五个非集成外量子效率，然后根据非集成微分量子效率计算公式，得到非集成外量子效率倒数随腔长变化数据，然后拟合出非集成微分量子斜率，由上述各步骤可以明确，式(2)中各量均为已知量。

步骤S62：根据各集成外量子效率、对应的激光器腔长及集成变化曲线及集成微分量子效率计算公式，拟合集成外量子效率倒数随腔长变化的集成微分量子斜率。

本发明实施例中，根据不同腔长的各集成外量子效率，还以上述举例进行说明，就可以得到五个集成外量子效率，然后根据集成微分量子效率计算公式，得到集成外量子效率倒数随腔长变化数据，然后拟合出集成微分量子斜率，其中集成微分量子效率通过以下公式表示：

其中，η_d,back表示集成微分量子效率，F_back表示出光比例系数，η_i表示内量子效率，α_m表示镜面损耗，α_i表示内损耗。

本发明实施例将集成微分量子效率取倒数，得到集成微分量子效率的计算公式如下：

其中，η_d,back表示集成微分量子效率，F_back表示出光比例系数，η_i表示内量子效率，α_i表示内损耗，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。

上述出光比例系数通过如下公式表示：

其中，η_d,back表示集成微分量子效率，F_back表示出光比例系数，η_i表示内量子效率，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，α_m表示镜面损耗，α_i表示内损耗，L表示激光器腔长。

在上述公式(4)中，集成微分量子效率η_d,back通过公式(1)计算得出，内量子效率η_i及α_i内损耗通过公式(2)计算得出，集成反射面的反射率R_反及激光器腔长L是测量得到的，因此仅集成出光面的反射率为一个未知量。

步骤S63：将非集成微分量子斜率及非集成微分量子斜率进行对比，得到集成激光器的光功率。

在一实施例中，在一实施例中，因为得到的非集成微分量子斜率及非集成微分量子斜率表示的物理含义相同，都是外量子效率倒数随腔长变化关系，因此将上述拟合出来的两个非集成微分量子斜率及非集成微分量子斜率进行对比，根据公式(6)，就可以求出集成出光面的反射率，未知的集成激光器的光功率。

在一具体实施例中，如图3所示，执行步骤S63的过程可以具体包括如下步骤：

步骤S631：将非集成微分量子斜率及非集成微分量子斜率进行对比，得到集成出光面的反射率。

在一实施例中，将非集成微分量子斜率及非集成微分量子斜率进行对比，可以求解出未知量出光面面反射率。需要说明的是，本发明实施例中以知道反光面反射率为例，求解出光面的反射率，实际应用中，也可能是知道出光面的反射率，求解反光面反射率，本发明并不以此为限。

步骤S632：根据集成出光面的反射率，得到集成激光器的光功率。

本发明实施例中，已知两个镜面的反射率后，就可以根据反射率，算出集成激光器的光功率，也就是激光器的出光量。假设，上述求出激光器出光面反射率为10％，其透光率就为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。

本发明实施例提供的用于集成激光器光传输分析的光功率确定方法，分别通过非集成微分量子效率计算公式及集成微分量子效率计算公式，分别拟合非集成外量子效率倒数随腔长的变化的非集成微分量子斜率及集成外量子效率倒数随腔长的变化的集成微分量子斜率，然后对比两斜率，求出集成激光器的光功率，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。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。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。

Claims (7)

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、激光器腔长及镜面损耗；

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，得到各电流功率曲线斜率；

根据各电流功率曲线斜率，得到各激光器的外量子效率；

所述外量子效率包括：非集成外量子效率及集成外量子效率；

根据光传输数据、非集成微分量子效率计算公式、集成微分量子效率计算公式及外量子效率得到集成激光器的光功率；

所述根据光传输数据、非集成微分量子效率计算公式、集成微分量子效率计算公式及外量子效率得到集成激光器的光功率的步骤，包括：

根据各非集成外量子效率、对应的激光器腔长及非集成微分量子效率计算公式，拟合非集成外量子效率倒数随腔长变化的非集成微分量子斜率；

根据各集成外量子效率、对应的激光器腔长及集成变化曲线及集成微分量子效率计算公式，拟合集成外量子效率倒数随腔长变化的集成微分量子斜率；

将非集成微分量子斜率及集成微分量子斜率进行对比，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，通过以下公式计算激光器的外量子效率的值：

，

其中，

表示外量子效率，K₁表示电流功率曲线斜率，h表示普朗克常数，v表示光波频 率，e表示电子电量，

表示波长。

3.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，在得到各外量子效率的步骤之后，还包括：

根据各非集成外量子效率、激光器腔长及非集成微分量子效率计算公式，得到内量子效率及内损耗。

4.根据权利要求3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，所述非集成微分量子效率计算公式如下：

,

其中，

表示非集成外量子效率，

表示内量子效率，

表示内损耗，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3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，所述集成微分量子效率通过以下公式表示：

，

其中，𝜼_d,back表示集成微分量子效率，F_back表示出光比例系数，𝜼_i表示内量子效率，

表示镜面损耗，

表示内损耗；

将集成微分量子效率取倒数，得到所述集成微分量子效率的计算公式如下：

，

其中，𝜼_d,back表示集成微分量子效率，F_back表示出光比例系数，𝜼_i表示内量子效率，

表示内损耗，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5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，所述出光比例系数通过如下公式表示：

，

其中，𝜼_d,back表示集成微分量子效率，F_back表示出光比例系数，𝜼_i表示内量子效率，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，

表示镜面损耗，

表示内损耗， L表示激光器腔长。

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，所述将非集成微分量子斜率及集成微分量子斜率进行对比，得到集成激光器的光功率的步骤，包括：

将非集成微分量子斜率及集成微分量子斜率进行对比，得到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。

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