分布反饋課件

分布反饋激光器

distributedfeedbacklaserDFBlaser目錄1234分布反饋激光器的發(fā)展背景分布反饋激光器的結(jié)構(gòu)及工作原理

分布反饋激光器的性能特點分布反饋激光器的制造技術(shù)5分布反饋激光器的應(yīng)用1.DFB-LD發(fā)展背景自從1962年世界上第一臺半導(dǎo)體激光器(DiodeLaser)發(fā)明問世以來,由于其體積小、重量輕、易于調(diào)制、效率高以及價格低廉等優(yōu)點,被認為是二十世紀人類最偉大的發(fā)明之一.半個世紀以來半導(dǎo)體激光器逐步應(yīng)用在激光唱機、光存儲器、激光打印機、條形碼解讀器、光纖電信以及激光光譜學(xué)中,應(yīng)用范圍不斷擴大,進入了一些其它類型激光器難以進入的新的應(yīng)用領(lǐng)域。但是，依靠兩個解理面來形成諧振腔的LD因其近于連續(xù)的能帶結(jié)構(gòu)和載流子注人的泵浦方式，使其激射譜的單色性和工作的穩(wěn)定性存在著一定的問題．能夠解決這些問題并使LD能夠和固體、氣體激光器相匹敵的是分布反饋式(DFB)激光器．2.DFB-LD工作原理分布反饋式半導(dǎo)體激光器是以一定的半導(dǎo)體材料作工作物質(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)射作用的器件.工作原理：通過一定的激勵方式,在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶之間,或者半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)能級之間,實現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn),當處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時,便產(chǎn)生受激發(fā)射作用.半導(dǎo)體激光器的激勵方式主要有三種,即電注入式、光泵式和高能電子束激勵式.電注入式半導(dǎo)體激光器,一般是由GaAS,InAS,Insb等材料制成的半導(dǎo)體面結(jié)型二極管,沿正向偏壓注入電流進行激勵,在結(jié)平面區(qū)域產(chǎn)生受激發(fā)射.光泵式半導(dǎo)體激光器,一般用N型或P型半導(dǎo)體單晶作工作物質(zhì),以其他激光器發(fā)出的激光作光泵激勵.高能電子束激勵式半導(dǎo)體激光器,一般也是用N型或者P型半導(dǎo)體單晶作工作物質(zhì),通過由外部注入高能電子束進行激勵.DFB(DistributedFeedbackLaser)，即分布式反饋激光器，它與普通半導(dǎo)體激光器不同之處就是內(nèi)置了布拉格光柵（BraggGrating），屬于側(cè)面發(fā)射的半導(dǎo)體激光器。目前，DFB激光器主要以半導(dǎo)體材料為介質(zhì)，包括銻化鎵、砷化鎵、磷化銦、硫化鋅等。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(nèi)，以及具有非常高的邊摸抑制比（SMSR），目前可高達40-50dB以上。DFB-LD結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理由有源層發(fā)射的光在傳播時，一部分在光柵波紋峰反射，另一部分繼續(xù)傳播，在鄰近的光柵波紋峰反射（如光線b），如果光線a和b匹配，相互疊加，則產(chǎn)生更強的反饋，而其他波長的光則相互抵消。當電流注入激光器后，有源區(qū)內(nèi)電子—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。滿足光纖光柵布拉格條件的波長將產(chǎn)生反射，從而實現(xiàn)動態(tài)單縱模工作。布拉格波長計算：分析：從圖可以看出，將光柵周期從3450埃改變到3476埃時，波長有45埃的變化。3.穩(wěn)定性傳統(tǒng)的端面反射激光器的發(fā)射波長很容易受到溫度的影響。DFB激光器波長的穩(wěn)定性較好，因為光柵能夠鎖定激光器輸出給定的波長。分析：（1）波長漂移：端面反射激光器：3.7埃/攝氏度DFB激光器：0.8埃/攝氏度（2）閾值電流：在m=0時，J端=JDFB但J1=3J0，并且在模式轉(zhuǎn)換處閾值電流急劇增加（由增益曲線和激光模式在此溫度下不匹配導(dǎo)致的）波長漂移閾值電流強度溫度4.DFB-LaserDiode制造技術(shù)DFB激光器的光柵結(jié)構(gòu)通常在波導(dǎo)表面掩膜，刻蝕形成。但是，在制造過程中產(chǎn)生的晶格損傷會降低量子效率，增大閾值電流。避免晶格損傷產(chǎn)生的影響：將光柵和激光器有源層分開。主要提供了三種方法。方法1：利用擴散方法1.在襯底GaAs上利用離子束刻蝕形成三階光柵2.P區(qū)摻雜Zn3.在交界面1um下產(chǎn)生p-n結(jié)方法2：利用separatecon?nementheterojunction結(jié)構(gòu)§1.注入的電子被p-Ga0.83Al0.17As限制在有源層§2.光子傳播到p-Ga0.93Al0.07As的交界面§3.有源區(qū)不受晶格損傷的影響方法3：利用水平耦合結(jié)構(gòu)1.光通過橫向和水平方向消逝場的重疊部分來提供光反饋2.耦合系數(shù)k與脊的深度有關(guān)3.發(fā)射波長為9217埃（1A=10-10m），閾值電流為11mA5.DFB-LaserDiode應(yīng)用領(lǐng)域分布反饋式半導(dǎo)體激光器是成熟較早、進展較快的一類激光器，由于它的波長范圍寬，制作簡單、成本低、易于大量生產(chǎn)，并且由于體積小、重量輕、壽命長，因此，品種發(fā)展快，應(yīng)用范圍廣，目前已超過300種，半導(dǎo)體激光器的最主要應(yīng)用領(lǐng)域是Gb局域網(wǎng)，850nm波長的半導(dǎo)體激光器適用于1Gh局域網(wǎng)，1300nm-1550nm波長的半導(dǎo)體激光器適用于1OGb局域網(wǎng)系統(tǒng)半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用范圍覆蓋了整個光電子學(xué)領(lǐng)域，已成為當今光電子科學(xué)的核心技術(shù).半導(dǎo)體激光器在激光測距、激光雷達、激光通信、激光模擬武器、激光警戒、激光制導(dǎo)跟蹤、引燃引爆、自動控制、檢測儀器等方面獲得了廣泛的應(yīng)用，形成了廣闊的市場。1.激光制導(dǎo)：使導(dǎo)彈在激光射束中飛行直至摧毀目標。2.激光測距：主要用于反坦克武器以及航空、航天等領(lǐng)域3.激光雷達4.激光模擬：以半導(dǎo)體激光為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新型軍訓(xùn)和演習(xí)技術(shù)5.深海光通信：半導(dǎo)體激光器具有抗干擾、保密性好等優(yōu)點6.半導(dǎo)體激光瞄準和告警7.半導(dǎo)體激光通信8.軍用光纖陀螺軍事方面的應(yīng)用參考文獻[1].沈丹勛，顧畹儀，徐大雄多相移DFB激光器的單模穩(wěn)定性分析光學(xué)學(xué)報1999年2月Vol.28No.2[2].祝寧華，閆連山光纖光學(xué)前沿【M】，科學(xué)出版社，北京，2011.10[3].余金忠半導(dǎo)體光電子技術(shù)【M】，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2003.04[4].胡遼林，等，光纖通信【M】，西安電子科技大學(xué)出版社，西安，2001[5].趙青云DFB半導(dǎo)體激光器線性調(diào)頻技術(shù)研究【D】，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2015[6].夏多添可調(diào)諧DFB激光器及其控制電路【D】，南京大學(xué)，2015[7].孔軒，林沂杰