分布反馈

[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，梁晶 可调谐DFB阵列激光器的制备与测试【J】，中国船舶重工集团公司第723研究所，2016 [8].王小雨 基于FPGA的DFB激光器驱动电路设计【D】，吉林大学，2013 [9].赵润，曹晓光，曹晨涛，车相辉 半导体技术【J】，中国电子科技集团公司第十三研究所，2016
军事方面的应用
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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
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5.深海光通信：半导体激光器具有抗干扰、保密性好等优 点
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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
谢 谢
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.
B 2neff
3.DFB-Laser Diode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，激光器通常会激 发许多纵模。从而限制了传输速率。因此，设计和制作在高速调制下仍能保持单纵模工作的激光器是十分重要的， 这类激光器统称为动态单模(DSM)半导体激光器。实现动态单纵模工作的最有效的方法之一，就是在半导体激光 器内部建立一个布拉格光栅，依靠光栅的选频原理来实现纵模选择。分布反馈半导体激光器的特点在于光栅分布 在整个谐振腔中，光波在反馈的同时获得增益。因为DFB-LD的谐振腔具有明显的波长选择性，从而决定了它们 的单色性优于一般的FP-LD。
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
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。
通信方面的应用
1978年，半导体激光器开始应用于光纤通信系统，半导体 激光器可以作为光纤通信的光源和指示器以及通过大规模集 成电路平面工艺组成光电子系统.由于半导体激光器有着超 小型、高效率和高速工作的优异特点，所以这类器件的发展， 一开始就和光通信技术紧密结合在一起，它在光通信、光变 换、光互连、并行光波系统、光信息处理和光存贮、光计算 机外部设备的光祸合等方面有重要用途.半导体激光器的问 世极大地推动了信息光电子技术的发展，到如今，它是当前 光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光 源.半导体激光器再加上低损耗光纤，对光纤通信产生了重 大影响，并加速了它的发展.因此可以说，没有半导体激光 器的出现，就没有当今的光通信.
为自发辐射。
• 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：
• 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）
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 .28 No.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
正向电压的电场与p-n结的自建电场方向相反，它削弱了自建电场对晶体中电子 扩散运动的阻碍作用，使n区中的自由电子在正向电压的作用下，又源源不断地 通过p-n结向p区扩散，在结区内同时存在着大量导带中的电子和价带中的空穴 时，它们将在注入区产生复合，当导带中的电子跃迁到价带时，多余的能量就
以光的形式发射出来。这就是半导体场致发光的机理，这种自发复合的发光称
• 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.
敌的是分布反馈式(DFB)激光器．
• 普通激光器用F-P谐振腔两端的反射镜，对激活物质发出的辐射 光进行反馈， DFB激光器用靠近有源层沿长度方向制作的周期性 结构（波纹状）衍射光栅实现反馈。这种衍射光栅的折射率周期 性变化，使光沿有源层分布式反馈，所以称为分布反馈激光器。
• 分布反馈半导体激光器的光谱宽度更窄，并在高速脉冲调制下保 持动态单纵模特性；发射光波长更加稳定，并能实现调谐；阈值 电流更低，而输出光功率更大。
分布反馈激光器
distributed feedback laser
DFB laser
目录
1 分布反馈激光器的发展背景
2
分布反馈激光器的结构及工作原理
3 4
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(Diode Laser)发明问世以来,
• 方法2：利用separate confinement heterojunction 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11mA
阈 值 电 流 强 度
波 长 漂 移
温度
4.DFB-Laser Diode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Zn 3.在交界面1um下产生p-n结
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。
源自文库
P-N结电注入原理
若在形成了p-n结的半导体材料上加上正向偏压，p区接正极，n区接负极。显然，

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 m 阶模和 m±1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。
• 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。
• 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50–100 kHz。 • 目前商用的DFB激光器在1.55μm处的线宽小于25埃。
• DFB( Distributed Feedback Laser)，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（Bragg Grating），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。
5.DFB-Laser Diode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