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1、DFB分布式反饋激光器 091041A謝偉超 DFB( Distributed Feedback Laser),即分布式反饋激光器,其不同之處是 內(nèi)置了布拉格光柵(Bragg Grating ),屬于側(cè)面發(fā)射的半導(dǎo)體激光器。DFB激 光器將布拉格光柵集成到激光器內(nèi)部的有源層中(也就是增益介質(zhì)中),在諧振 腔內(nèi)即形成選模結(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)完全單模工作。 目前,DFB激光器主要以半導(dǎo)體材料為介質(zhì),包括銻化傢 (GaSb)、砷化傢 (GaAS、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。DFB激光器最大特點(diǎn)是具有非常好的 單色性(即光譜純度),它的線寬普遍可以做到1MHz以內(nèi),以及具有非常高的 邊摸抑制比(S

2、MSR,目前可高達(dá)40-50dB以上。 JJL-B的示意皓構(gòu) 設(shè)計(jì)和制作在高速調(diào)制下仍能保持單縱模工作的激光器是十分重要的,這類 激光器統(tǒng)稱動(dòng)態(tài)單模半導(dǎo)體激光器。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)單縱模工作的最有效的方法之一, 就是在半導(dǎo)體激光器內(nèi)部建立一個(gè)布拉格光柵,靠光柵的反饋來實(shí)現(xiàn)縱模選擇。 這種結(jié)構(gòu)還能夠在更寬的工作溫度和工作電流范圍內(nèi)抑制模式跳變,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)單 模。 分布反饋半導(dǎo)體激光器(DFB- LD),在DFB- LD中,光柵分布在整個(gè)諧振腔 中,所以稱為分布反饋。因?yàn)椴捎昧藘?nèi)部布拉格光柵選擇波長(zhǎng),所以DFB- LD 的諧振腔損耗有明顯的波長(zhǎng)依存性,這一點(diǎn)決定了它在單色性和穩(wěn)定性方面優(yōu)于 一般的F P腔激光

3、器。 結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理 DFB激光器的激光振蕩不是靠F P腔來實(shí)現(xiàn),而是依靠沿縱向等間隔分布的 光柵所形成的光耦合,如圖281所示。 電加性入 纟 A ?7 f有慷底 團(tuán)DFB徼光器的結(jié)構(gòu) 圖中光柵的周期為A,稱為柵距。 當(dāng)電流注入激光器后,有源區(qū)內(nèi)電子一一空穴復(fù)合,輻射出能量相應(yīng)的光子, 這些光子將受到有源層表面每一條光柵的反射。在DFB激光器的分布反饋中,此 時(shí)的反射是布拉格發(fā)射,光柵的柵條間入射光和反射光的方向恰好相反。 2 滿足上式的那些特定波長(zhǎng)的光才會(huì)受到強(qiáng)烈反射,從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)單縱模工 作。式也稱為分布反饋條件(一般 m取1)。 DFB- LD的光柵是完全均勻?qū)ΨQ的,使得其發(fā)光出現(xiàn)了兩

4、個(gè)主模同時(shí)振蕩的 現(xiàn)象。為了將輻射功率集中在同一主模上,同時(shí)使各振蕩模式的閾值增益差增大, 可以采用如下方法: (1) 在光柵中引進(jìn)一個(gè)2/4相移; (2) 將解理面之一做成斜面或增透,造成非對(duì)稱的端面反射率; (3) 在有源區(qū)中靠近腔面的一小段區(qū)域上,沒有布拉格光柵,形成無 分布反饋的透明區(qū); (4) 對(duì)光柵周期進(jìn)行適當(dāng)啁啾。 引進(jìn)2/4相移和不對(duì)稱端面反射率兩種方法較可行且有效。雖然1/4相移方 法在工藝上有一定難度,但是能獲得性能很好的動(dòng)態(tài)單縱模。 DFB激光器的特點(diǎn) 與一般F P腔激光器相比,DFB激光器具有以下兩大優(yōu)點(diǎn),因而在目前的光 纖通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 (1) 動(dòng)態(tài)單縱模窄

5、線寬輸出 由于DFB激光器中光柵的柵距(A)很小,形成一個(gè)微型諧振腔,對(duì)波長(zhǎng)具 有良好的選擇性,使主模和邊模的閾值增益相對(duì)較大,從而得到比FP腔激光 器窄很多的線寬,并能保持動(dòng)態(tài)單縱模輸出。 (2) 波長(zhǎng)穩(wěn)定性好 由于DFB激光器內(nèi)的光柵有助于鎖定給定的波長(zhǎng),其溫度漂移約為0.8?/C, 比F P腔激光器要好得多。 盡管DFB激光器有很多優(yōu)點(diǎn),但并非盡善盡美。例如,為了制作光柵,DFB 激光器需要復(fù)雜的二次外延生長(zhǎng)工藝,在制造出光柵溝槽之后由于二次外延的回 熔,可能吃掉已形成的光柵,致使光柵變得殘缺不全,導(dǎo)致諧振腔內(nèi)的散射損耗 增加,從而使激光器的內(nèi)量子效率降低。此外,DFB激光器的震蕩頻率偏離Bragg 頻率,故其閾值增益較高。 DFB激光器的發(fā)展方向是,更寬的諧調(diào)范圍和更窄的線寬,在一個(gè) DFB激光 器集成兩個(gè)獨(dú)立的光柵,實(shí)現(xiàn)更寬的波長(zhǎng)諧調(diào)范圍,比如

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