分布式反饋激光器——整個激光諧振腔由周期性結(jié)構(gòu)組成的激光器，其中發(fā)生布拉格反射

分布式反饋激光器即DFB( Distributed Feedback Laser)激光器，屬于側(cè)面發(fā)射的半導(dǎo)體激光器，是一種類型的激光二極管、量子級聯(lián)激光器或光纖激光器，其中設(shè)備的活性區(qū)域包含周期性結(jié)構(gòu)的元件或衍射光柵。其不同之處是內(nèi)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(dǎo)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(wěn)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(jīng)常使用。DFB激光器主要以半導(dǎo)體材料為介質(zhì)，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(nèi)，以及具有非常高的邊模抑制比（SMSR），可高達(dá)40-50dB以上。

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(shù)分布式反饋激光器是光纖激光器或半導(dǎo)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(fā)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(xiàn)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(dāng)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(wěn)健性也導(dǎo)致低強度和相位噪聲水平，即也低線寬。

半導(dǎo)體DFB激光器可以用集成光柵結(jié)構(gòu)構(gòu)建，例如波紋波導(dǎo)。光柵結(jié)構(gòu)可以制作在有源區(qū)的頂部，然而這需要耗時的再生長技術(shù)。另一種方法是制作橫向耦合結(jié)構(gòu)，其中光柵位于有源區(qū)的兩側(cè)。半導(dǎo)體DFB激光器可用于至少在0.8μm至2.8μm范圍內(nèi)的不同光譜區(qū)域中的發(fā)射。典型的輸出功率為幾十毫瓦。線寬通常為幾百MHz，波長調(diào)諧通常可以超過幾納米。例如在DWDM系統(tǒng)中使用的溫度穩(wěn)定設(shè)備可以表現(xiàn)出高波長穩(wěn)定性。

DFB激光器不應(yīng)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(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)和工作機理

DFB激光器的激光振蕩不是靠F—P腔來實現(xiàn)，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。

圖中光柵的周期為A，稱為柵距。

當(dāng)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Α=mλ_n/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(xiàn)動態(tài)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(yōu)點，因而在目前的光纖通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

• 動態(tài)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(tài)單縱模輸出。

• 波長穩(wěn)定性好：由于DFB激光器內(nèi)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(yīng)用領(lǐng)域

• 用于發(fā)電站：嚴(yán)格監(jiān)控各氣體的成分比率：H2O,O2,CO,CO2,NH3,NO2等；實現(xiàn)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(yōu)化PVC材料的生產(chǎn)；監(jiān)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(diào)諧控制以及精確光纖通信和光譜應(yīng)用所需的極窄光譜寬度。集成模塊在具有簡單調(diào)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開發(fā)了許多DFB激光器設(shè)計，以提高特定客戶應(yīng)用的性能，并且繼續(xù)開發(fā)新的DFB激光器設(shè)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(huán)境溫度范圍。

• 精密熱敏電阻可在半導(dǎo)體芯片最關(guān)鍵位置提供更準(zhǔn)確的溫度反饋和控制。

• 內(nèi)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(zāi)難性損壞。

除了1-1.62毫米范圍內(nèi)的各種標(biāo)準(zhǔn)波長選項外，還可根據(jù)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(qū)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(diào)諧信號即可進行溫度或電流（線性調(diào)頻）調(diào)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(wěn)定激光二極管

由Vsevolod Mazo博士于1994年創(chuàng)立的Frankfurt Laser Company (FLC)成為25年以來半導(dǎo)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(yuǎn)紅外的激光源，激光二極管，超發(fā)光二極管，激光模塊，激光系統(tǒng)，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。

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(lián)激光器）和QCL（量子級聯(lián)激光器）。可用波長范圍為266 nm至16μm。在紅外范圍內(nèi)，提供的功率高達(dá)3000瓦。此外，F(xiàn)LC還提供激光二極管驅(qū)動器和衍射光學(xué)（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(xué)器件生成的特殊形狀。并且產(chǎn)品范圍在不斷增長。從圖像處理到工業(yè)和研究的多種應(yīng)用，再到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，F(xiàn)LC的激光組件隨處可見。其中提供的波長穩(wěn)定激光二極管覆蓋760nm~3640nm的波長范圍。