分布式反馈激光器.ppt

1、15.1 理论基础,为了保持波前的相位相干性而且避免相消干涉，光线的路程差必须为波长的整数倍。 即满足：,15.1 理论基础,为了能够在激光器中通过光栅 实现180。的反射，只需要满足,此时，式（15.1）变成式（15.2）,（15.2）,得到真空中的波长为,15.1 理论基础,影响光功率的因素： 波导层厚度，光栅的深度，光栅区的长度。 可见，反射光功率在数学上就很复杂，可采用耦合模理论。 假设光被弱耦合进入光栅中。,Yariv 4 给出了耦合系数： 其中l为耦合模的阶数： 式子（15.5）满足（15.3）布拉格条件，布拉格反射能够发生。,15.1 理论基础,15.1 理论基础,对于一阶模（l

2、=1），光被限制在z方向传播，入射波，反射波振幅为：,15.1 理论基础,对于高阶模，一部分光被耦合到z轴外，如下图所示。,15.1 理论基础,Scifres et al. 6 分析了高阶模的反射情况。,此时，光栅周期常数为：,为了保证输出 具有相同的相位，需要满足：,由几何关系可知,15.1 理论基础,对于二阶模，我们可以得到： 分析：当 时，光前向传播，当 时，光后向传播，当 1 时，光波垂直于波导表面传播。见图15.4 其它高阶模的分析类似。,15.1 理论基础,分布式反馈产生激光 光波在光栅结构中能够产生180。的反射，如果光传播的介质有光增益，分布式反馈就能产生激光，假设煤质的指数增

3、益常数为 ： 入射光和反射光的振幅为：,15.1 理论基础,DFB激光器的振荡条件： 当增益比较大时，振荡模频率可以写成： 最后得到振荡频率为： 模式频率间隔为：,在布拉格频率时 无振荡产生,15.2 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。本章提供了三种方法。 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Zn 3.在交界面1um下产生p-n结,方法2：利用separate connement heterojunction

4、 结构,15.2 制造技术,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,15.2 制造技术,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，阈值电流 为11mA,15.2 制造技术,优点： 1.避免由晶格损伤产生的 无辐射复合 2.单端输出,激光器的透射率，反射率为,DBR激光器,15.3 性能特点,1.波长选择性： 在端面激光器中，光的发射波长是由增益曲线和激光器的模式特性决定的，当达到阈值电流时，

5、激光器通常会激发许多纵模。 在DFB激光器中，发射波长会受到增益曲线的影响，但主要由光栅周期 决定。 当 l 阶模和 l1阶模的间距和增益曲线的线宽相比足够大时，只有一个模式有足够的增益产生激光。 应用：波长复用技术,15.3 性能特点,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。,15.3 性能特点,2.光发射线宽 线宽窄：发射谱线宽定义为激光增益曲线和激光器的模式选择特性的卷积，由于光栅具有很好的波长选择特性，因此，发射谱宽较窄。 典型的端面反射型激光器的单模线宽为1到2埃，约 50 GHz，而带有光栅结构的DFB的线宽约为50100 kHz。 目前商用的DFB激光器在1.55m处的线宽小于25埃。,15.3 性能特点,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