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分布反馈激光器

distributed feedback laser

  采用折射率周期变化的结构实现谐振腔反馈功能的半导体激光器。这种激光器不仅使半导体激光器的某些性能(如模式、温度系数等)获得改善,而且由于它采用平面工艺,在集成光路中便于与其他元件耦合和集成。

  1970年采用双异质结的GaAs-GaAlAs注入式半导体激光器实现了室温连续工作。与此同时,贝尔实验室H.利戈尼克等发现在周期结构中可由反向布喇格散射提供反馈,可以代替解理面。在实验中,最初是把这种结构用于染料激光器,1973年开始用于半导体激光器,1975年GaAs 分布反馈激光器已实现室温连续工作。

材料和泵浦方式  制作半导体分布反馈激光器的材料有GaAs-GaAlAsIn、P-InGaAsP、Pb1-xSnxTe和 CdS等。非半导体材料的分布反馈激光器主要采用染料作为活性介质。泵浦方式主要采用电注入,也采用光泵和电子束激励。

  结构  半导体分布反馈激光器有多种结构,如同质结、单异质结、双异质结、光和载流子分别限制异质结、沟道衬底平面结构、具有横向消失场分布反馈的沟道衬底平面结构、 隐埋异质结、具有横向消失场分布反馈的条形隐埋异质结等。周期结构有的是做在激光器表面,有的是在激光器内部的界面,有的则在衬底上。周期结构做在内部界面的激光器,一般需要二次液相外延,或采用液相外延与分子束外延结合的办法;周期结构做在衬底或表面的激光器则只需一次外延。在有源层和限制层之间皱折界面处,注入载流子的无辐射复合影响器件低阈值室温工作。解决这个问题的办法是:①采用光和载流子分别限制异质结,把皱折界面与有源层分开;②采用分布布喇格反散镜 (DBR)结构,把光栅与有源区分开。

  性能  GaAs-GaAlAs分布反馈激光器已实现室温连续工作,阈值3.4×103安/厘米2(320K)。 282K下得到的最大连续输出功率为40毫瓦。蚀刻光栅的表面总是残留有不完整性,带来一些散射损耗,因此分布反馈激光器阈值较高。分布反馈激光器的优点是具有很好的波长选择性和单纵模工作。这种选择性是由布喇格效应对波长的灵敏性产生的,分布反馈激光器的阈值随着偏离布喇格波长 λ0而增加。单纵模工作的谱线宽度小于1埃。激射波长随温度和电流的变化比较小,例如GaAs-GaAlAs和InP-InGaAsP分布反馈激光器,激射波长随温度的依赖关系约为0.5~0.9┱/K,而相应的解理腔面激光器要大3~5倍。改变光栅周期,可以使激光波长在一定范围内变化,例如,在一个 GaAs衬底上,已构成由六个具有不同光栅周期的GaAs-GaAlAs分布反馈二极管组成的频率复用光源。在一个激光器中制作几组不同周期的光栅,构成多谐分布反馈激光器,产生几个激光波长,也可作为频率复用光源。

  半导体分布反馈激光器因有上述特点,而且体积小,因而受到人们注意。其中最重要的,是InP-InGaAsP半导体分布反馈激光器可成为长距离大容量单模光纤通信的理想光源,因为这种激光器在高速调制下也能保持单频工作(动态单模)。  

 

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物理学    半导体    激光

 

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