分布反馈课件

分布反馈激光器

distributedfeedbacklaserDFBlaser目录1234分布反馈激光器的发展背景分布反馈激光器的结构及工作原理

分布反馈激光器的性能特点分布反馈激光器的制造技术5分布反馈激光器的应用1.DFB-LD发展背景自从1962年世界上第一台半导体激光器(DiodeLaser)发明问世以来,由于其体积小、重量轻、易于调制、效率高以及价格低廉等优点,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一.半个世纪以来半导体激光器逐步应用在激光唱机、光存储器、激光打印机、条形码解读器、光纤电信以及激光光谱学中,应用范围不断扩大,进入了一些其它类型激光器难以进入的新的应用领域。但是，依靠两个解理面来形成谐振腔的LD因其近于连续的能带结构和载流子注人的泵浦方式，使其激射谱的单色性和工作的稳定性存在着一定的问题．能够解决这些问题并使LD能够和固体、气体激光器相匹敌的是分布反馈式(DFB)激光器．2.DFB-LD工作原理分布反馈式半导体激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激发射作用的器件.工作原理：通过一定的激励方式,在半导体物质的能带之间,或者半导体物质的能带与杂质能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用.半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式、光泵式和高能电子束激励式.电注入式半导体激光器,一般是由GaAS,InAS,Insb等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射.光泵式半导体激光器,一般用N型或P型半导体单晶作工作物质,以其他激光器发出的激光作光泵激励.高能电子束激励式半导体激光器,一般也是用N型或者P型半导体单晶作工作物质,通过由外部注入高能电子束进行激励.DFB(DistributedFeedbackLaser)，即分布式反馈激光器，它与普通半导体激光器不同之处就是内置了布拉格光栅（BraggGrating），属于侧面发射的半导体激光器。目前，DFB激光器主要以半导体材料为介质，包括锑化镓、砷化镓、磷化铟、硫化锌等。DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性（即光谱纯度），它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边摸抑制比（SMSR），目前可高达40-50dB以上。DFB-LD结构及发光原理由有源层发射的光在传播时，一部分在光栅波纹峰反射，另一部分继续传播，在邻近的光栅波纹峰反射（如光线b），如果光线a和b匹配，相互叠加，则产生更强的反馈，而其他波长的光则相互抵消。当电流注入激光器后，有源区内电子—空穴复合，辐射出能量相应的光子，这些光子将受到有源层表面每一条光栅的反射。在DFB激光器的分布反馈中，此时的反射是布拉格发射，光栅的栅条间入射光和反射光的方向恰好相反。满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，从而实现动态单纵模工作。布拉格波长计算：分析：从图可以看出，将光栅周期从3450埃改变到3476埃时，波长有45埃的变化。3.稳定性传统的端面反射激光器的发射波长很容易受到温度的影响。DFB激光器波长的稳定性较好，因为光栅能够锁定激光器输出给定的波长。分析：（1）波长漂移：端面反射激光器：3.7埃/摄氏度DFB激光器：0.8埃/摄氏度（2）阈值电流：在m=0时，J端=JDFB但J1=3J0，并且在模式转换处阈值电流急剧增加（由增益曲线和激光模式在此温度下不匹配导致的）波长漂移阈值电流强度温度4.DFB-LaserDiode制造技术DFB激光器的光栅结构通常在波导表面掩膜，刻蚀形成。但是，在制造过程中产生的晶格损伤会降低量子效率，增大阈值电流。避免晶格损伤产生的影响：将光栅和激光器有源层分开。主要提供了三种方法。方法1：利用扩散方法1.在衬底GaAs上利用离子束刻蚀形成三阶光栅2.P区掺杂Zn3.在交界面1um下产生p-n结方法2：利用separateconfinementheterojunction结构§1.注入的电子被p-Ga0.83Al0.17As限制在有源层§2.光子传播到p-Ga0.93Al0.07As的交界面§3.有源区不受晶格损伤的影响方法3：利用水平耦合结构1.光通过横向和水平方向消逝场的重叠部分来提供光反馈2.耦合系数k与脊的深度有关3.发射波长为9217埃（1A=10-10m），阈值电流为11mA5.DFB-LaserDiode应用领域分布反馈式半导体激光器是成熟较早、进展较快的一类激光器，由于它的波长范围宽，制作简单、成本低、易于大量生产，并且由于体积小、重量轻、寿命长，因此，品种发展快，应用范围广，目前已超过300种，半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网，850nm波长的半导体激光器适用于1Gh局域网，1300nm-1550nm波长的半导体激光器适用于1OGb局域网系统半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域，已成为当今光电子科学的核心技术.半导体激光器在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面获得了广泛的应用，形成了广阔的市场。1.激光制导：使导弹在激光射束中飞行直至摧毁目标。2.激光测距：主要用于反坦克武器以及航空、航天等领域3.激光雷达4.激光模拟：以半导体激光为基础发展起来的新型军训和演习技术5.深海光通信：半导体激光器具有抗干扰、保密性好等优点6.半导体激光瞄准和告警7.半导体激光通信8.军用光纤陀螺军事方面的应用参考文献[1].沈丹勋，顾畹仪，徐大雄多相移DFB激光器的单模稳定性分析光学学报1999年2月Vol.28No.2[2].祝宁华，闫连山光纤光学前沿【M】，科学出版社，北京，2011.10[3].余金忠半导体光电子技术【M】，化学工业出版社，北京，2003.04[4].胡辽林，等，光纤通信【M】，西安电子科技大学出版社，西安，2001[5].赵青云DFB半导体激光器线性调频技术研究【D】，哈尔滨工业大学，2015[6].夏多添可调谐DFB激光器及其控制电路【D】，南京大学，2015[7].孔轩，林沂杰