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      1. 分布式反饋激光器——整個激光諧振腔由周期性結構組成的激光器,其中發生布拉格反射

        時間:2021-08-06 來源:新特光電 訪問量:1195

        分布式反饋激光器即DFB( Distributed Feedback Laser)激光器,屬于側面發射的半導體激光器,是一種類型的激光二極管、量子級聯激光器或光纖激光器,其中設備的活性區域包含周期性結構的元件或衍射光柵。其不同之處是內置了布拉格光柵(Bragg Grating),該光柵為激光器提供光反饋。該縱向衍射光柵的折射率周期性變化導致反射回空腔。周期性變化可以是折射率的實部,也可以是虛部(增益或吸收)。最強的光柵以一階工作-周期性為二分之一波,并且光向后反射。分布式反饋激光器往往比Fabry-Perot或DBR激光器穩定得多,并且在需要干凈的單模運行時尤其是在高速光纖通信中經常使用。DFB激光器主要以半導體材料為介質,包括銻化鎵(GaSb)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。DFB激光器最大特點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,以及具有非常高的邊模抑制比(SMSR),可高達40-50dB以上。

        DFB光纖激光器

        DFB光纖激光器,包含一個中間有相變的光纖布拉格光柵,直接寫入摻稀土光纖。

        大多數分布式反饋激光器是光纖激光器或半導體激光器,在單諧振腔模式下運行(→ 單頻運行)。在光纖激光器的情況下,分布反射發生在光纖布拉格光柵中,通常具有幾毫米或幾厘米的長度。只有在光纖的高摻雜濃度下才能實現有效的泵浦吸收,不幸的是,將布拉格光柵寫入具有成分(例如磷酸鹽玻璃)的光纖中通常并不容易) 允許高摻雜濃度。因此,輸出功率通常相當有限(例如幾十毫瓦)。但是,這種單頻光纖激光器非常簡單緊湊。盡管基本線寬限制(Schawlow-Townes 線寬)高于更長的光纖激光器,但它的緊湊性和穩健性也導致低強度和相位噪聲水平,即也低線寬。

        半導體DFB激光器可以用集成光柵結構構建,例如波紋波導。光柵結構可以制作在有源區的頂部,然而這需要耗時的再生長技術。另一種方法是制作橫向耦合結構,其中光柵位于有源區的兩側。半導體DFB激光器可用于至少在0.8μm至2.8μm范圍內的不同光譜區域中的發射。典型的輸出功率為幾十毫瓦。線寬通常為幾百MHz,波長調諧通??梢猿^幾納米。例如在DWDM系統中使用的溫度穩定設備可以表現出高波長穩定性。

        DFB激光器不應與DBR激光器混淆= 分布式布拉格反射激光器。

        分布反饋(DFB)半導體激光器的結構和工作機理

        DFB激光器的激光振蕩不是靠F—P腔來實現,而是依靠沿縱向等間隔分布的光柵所形成的光耦合,如下圖所示。

        DFB激光器柵距

        圖中光柵的周期為A,稱為柵距。

        當電流注入激光器后,有源區內電子——空穴復合,輻射出能量相應的光子,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,此時的反射是布拉格發射,光柵的柵條間入射光和反射光的方向恰好相反。滿足Α=mλn/2公式中的那些特定波長的光才會受到強烈反射,從而實現動態單縱模工作。式也稱為分布反饋條件(一般m取1)。

        DFB激光器的特點

        與一般F—P腔激光器相比,DFB激光器具有以下兩大優點,因而在目前的光纖通信系統中得到廣泛應用。

        • 動態單縱模窄線寬輸出:由于DFB激光器中光柵的柵距(A)很小,形成一個微型諧振腔,對波長具有良好的選擇性,使主模和邊模的閾值增益相對較大,從而得到比F—P腔激光器窄很多的線寬,并能保持動態單縱模輸出。

        • 波長穩定性好:由于DFB激光器內的光柵有助于鎖定給定的波長,其溫度漂移約為0.8?/℃,比F—P腔激光器要好得多。

        DFB激光器的應用領域

        • 用于發電站:嚴格監控各氣體的成分比率:H2O,O2,CO,CO2,NH3,NO2等;實現更快更有效的燃燒;減少污染物的排放,減小能耗。

        • 用于過程控制:測HCl的濃度,優化PVC材料的生產;監測燃燒室中O2,CO,CO2的濃度,控制鋼鐵的熔煉過程。

        • 用于管道檢測:天然氣管道成分、泄漏檢測。

        • 用于太空研究:比如用于NASA實驗室,俄羅斯航天局等。

        G&H分布式反饋激光器和模塊

        分布式反饋激光器(DFB激光器)同時提供對波長的平滑、可調諧控制以及精確光纖通信和光譜應用所需的極窄光譜寬度。集成模塊在具有簡單調諧接口的緊湊型OEM封裝中進一步縮小了譜線。G&H提供各種C波段和L波段、50或100GHz信道間隔以及1310nm、1064nm和自定義波長的DFB激光器。功率級別選項包括用于高功率14針激光器的40-100mW光纖輸出和用于高帶寬7針配置的10-18mW 選項。

        G&H分布式反饋激光器

        G&H分布式反饋激光器

        G&H開發了許多DFB激光器設計,以提高特定客戶應用的性能,并且繼續開發新的DFB激光器設計以提高效率、隔離度和精度:

        • 集成熱電冷卻器 (TEC) 可以降低總電流消耗或擴大允許的環境溫度范圍。

        • 精密熱敏電阻可在半導體芯片最關鍵位置提供更準確的溫度反饋和控制。

        • 內部隔離器可保護激光器免受噪聲擾動和其他組件返回的光造成的災難性損壞。

        除了1-1.62毫米范圍內的各種標準波長選項外,還可根據要求提供其他定制選項。并提供具有出色線寬性能的緊湊型OEM模塊。所有模塊均包含集成DFB激光器、低噪聲二極管驅動器和TEC控制器。如果需要,用戶只需提供一個簡單的5V電源和基于電壓的調諧信號即可進行溫度或電流(線性調頻)調整。為二極管加入超低噪聲電流源可大大改善線寬。 

        Frankfurt Laser波長穩定激光二極管

        由Vsevolod Mazo博士于1994年創立的Frankfurt Laser Company (FLC)成為25年以來半導體激光器的公司之一。該公司提供從可見光到紫外和紅外和遠紅外的激光源,激光二極管,超發光二極管,激光模塊,激光系統,DPSS激光器或MID-IR LED,包括單模和多模,自由空間光束和光纖耦合。

        Frankfurt Laser穩定激光二極管

        可從FLC獲得的激光二極管包括所有物理類型,例如FP(法布里-珀羅),DFB,DBR,VCSEL,ICL(帶間級聯激光器)和QCL(量子級聯激光器)??捎貌ㄩL范圍為266 nm至16μm。在紅外范圍內,提供的功率高達3000瓦。此外,FLC還提供激光二極管驅動器和衍射光學(DOE)。它專注于定制激光二極管模塊,該模塊具有定制的波長,功率和光束整形,無論是點,線還是由衍射和折射光學器件生成的特殊形狀。并且產品范圍在不斷增長。從圖像處理到工業和研究的多種應用,再到醫學領域,FLC的激光組件隨處可見。其中提供的波長穩定激光二極管覆蓋760nm~3640nm的波長范圍。

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