通信波段半导体分布反馈激光器
发布时间：2021-12-01 23:03
半导体分布反馈（DFB）激光器以其卓越的光谱特性、调制特性以及低成本、可量产优势已经成为光纤通信、空间光通信中的重要光源,并将在5G、数据中心、激光雷达以及微波光子学等应用中发挥不可替代的作用。针对通信波段半导体DFB激光器的不同应用需求及特征展开综述,分别就直接调制DFB激光器、大功率DFB激光器以及低噪声（窄线宽及低相对强度噪声）DFB激光器的设计原理、优化方法及进展进行了整理、评述与展望。
【文章来源】：中国激光. 2020,47(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：19 页
【部分图文】：
PPR效应及结构。(a) PPR效应原理[25];(b)无源反馈结构[25];(c)放大反馈结构[47]
SCH层和盖层优化主要包括采用渐变限制结构、控制界面掺杂、采用大光腔稀释波导结构等。从注入效率考虑,需要在大电流注入条件下尽量将载流子限制在有源区,减小有源区外的电子-空穴复合。一方面需要提高SCH层对载流子的捕获能力,另一方面需要减小从SCH层泄露到高掺杂盖层的电流。一种优化方法是将SCH层的带隙/折射率变化从阶跃式调整为渐变式(GRIN-SCH),如图6(a)所示。这样可以使SCH层捕获载流子的时间更短,对载流子限制能力更强,更有利于提高注入效率[61];另一种优化方法是提高SCH层和p-InP盖层交界面势垒高度[59],用以阻挡从上SCH层泄露到p-InP盖层的电子电流,从而达到保持高注入效率的目的。研究表明,对SCH/Cladding层泄露电流的抑制可以有效提高激光器在大电流工作条件下的饱和功率[60]。由于SCH/Cladding层势垒随着掺杂浓度的增加而增高,对p-InP 盖层重掺杂可以达到抑制泄露电流的目的。图6(b)展示了界面处高掺杂浓度对注入效率的提升作用。但是重掺杂之后的盖层会带来更大的吸收损耗。为解决这一矛盾,可以通过对p-InP盖层进行渐变重掺杂[图6(c) Type 2]或δ掺杂[60][图6(c) Type 3]来达到注入效率和内部损耗的平衡。渐变重掺杂是指在SCH/Cladding交界处做中等浓度掺杂(如5×1017 cm-3),并向远离交界方向逐渐提升掺杂浓度(如1×1018 cm-3)。这样既可以对泄露电流有一定的阻挡作用,又可以维持较低的内部损耗水平。δ掺杂则是在SCH/Cladding交界处增加一个高掺杂(如2×1018 cm-3)的薄层,对泄露电流形成一个强阻挡。由于高掺层很薄,对内部损耗的影响也相对较小。采用这一方法可以更为有效地维持大电流下的注入效率,提高饱和输出功率[60]。
腔长优化的主要方向是增加激光器腔长。本征线宽直接反映了腔体Q值水平,通过增加腔长和等效反射率都是提高Q值的常规手段。对DFB激光器来说,这意味着要从κL入手进行优化。体现在(6)式上,就是对等效分布镜面损耗αm的控制,腔长越长αm越小,线宽也越窄。可以证明,在忽略端面反射且κL较大时DFB激光器线宽与1/κ2L3正比[89]。而在考虑端面反射的情况下,激光器线宽则会表现出与1/L2(αm?αi)或1/L(αm?αi)成正比的趋势[76]。因此,无论是否存在端面反射,增加腔长都能降低DFB激光器线宽。图 8(b)给出了激光器线宽随腔长变化的趋势图。另外,从以上讨论也可以看出,与F-P激光器相比,腔长对DFB激光器线宽影响更为显著[75],增加腔长能够更有效地压缩DFB激光器线宽(∝1/L3)。文献报道的窄线宽DFB激光器腔长大多在1 ～2 mm之间。但是长腔带来的潜在问题是斜率效率和光栅均匀性的下降[76],这会带来DFB激光器工作特性的恶化。3.3.3 光栅优化
【参考文献】：
期刊论文
[1]Modulated bandwidth enhancement in an amplified feedback laser[J]. 余力强,郭露,陆丹,吉晨,王皓,赵玲娟. Chinese Optics Letters. 2015(05)
本文编号：3527218
【文章来源】：中国激光. 2020,47(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：19 页
【部分图文】：
PPR效应及结构。(a) PPR效应原理[25];(b)无源反馈结构[25];(c)放大反馈结构[47]
SCH层和盖层优化主要包括采用渐变限制结构、控制界面掺杂、采用大光腔稀释波导结构等。从注入效率考虑,需要在大电流注入条件下尽量将载流子限制在有源区,减小有源区外的电子-空穴复合。一方面需要提高SCH层对载流子的捕获能力,另一方面需要减小从SCH层泄露到高掺杂盖层的电流。一种优化方法是将SCH层的带隙/折射率变化从阶跃式调整为渐变式(GRIN-SCH),如图6(a)所示。这样可以使SCH层捕获载流子的时间更短,对载流子限制能力更强,更有利于提高注入效率[61];另一种优化方法是提高SCH层和p-InP盖层交界面势垒高度[59],用以阻挡从上SCH层泄露到p-InP盖层的电子电流,从而达到保持高注入效率的目的。研究表明,对SCH/Cladding层泄露电流的抑制可以有效提高激光器在大电流工作条件下的饱和功率[60]。由于SCH/Cladding层势垒随着掺杂浓度的增加而增高,对p-InP 盖层重掺杂可以达到抑制泄露电流的目的。图6(b)展示了界面处高掺杂浓度对注入效率的提升作用。但是重掺杂之后的盖层会带来更大的吸收损耗。为解决这一矛盾,可以通过对p-InP盖层进行渐变重掺杂[图6(c) Type 2]或δ掺杂[60][图6(c) Type 3]来达到注入效率和内部损耗的平衡。渐变重掺杂是指在SCH/Cladding交界处做中等浓度掺杂(如5×1017 cm-3),并向远离交界方向逐渐提升掺杂浓度(如1×1018 cm-3)。这样既可以对泄露电流有一定的阻挡作用,又可以维持较低的内部损耗水平。δ掺杂则是在SCH/Cladding交界处增加一个高掺杂(如2×1018 cm-3)的薄层,对泄露电流形成一个强阻挡。由于高掺层很薄,对内部损耗的影响也相对较小。采用这一方法可以更为有效地维持大电流下的注入效率,提高饱和输出功率[60]。
腔长优化的主要方向是增加激光器腔长。本征线宽直接反映了腔体Q值水平,通过增加腔长和等效反射率都是提高Q值的常规手段。对DFB激光器来说,这意味着要从κL入手进行优化。体现在(6)式上,就是对等效分布镜面损耗αm的控制,腔长越长αm越小,线宽也越窄。可以证明,在忽略端面反射且κL较大时DFB激光器线宽与1/κ2L3正比[89]。而在考虑端面反射的情况下,激光器线宽则会表现出与1/L2(αm?αi)或1/L(αm?αi)成正比的趋势[76]。因此,无论是否存在端面反射,增加腔长都能降低DFB激光器线宽。图 8(b)给出了激光器线宽随腔长变化的趋势图。另外,从以上讨论也可以看出,与F-P激光器相比,腔长对DFB激光器线宽影响更为显著[75],增加腔长能够更有效地压缩DFB激光器线宽(∝1/L3)。文献报道的窄线宽DFB激光器腔长大多在1 ～2 mm之间。但是长腔带来的潜在问题是斜率效率和光栅均匀性的下降[76],这会带来DFB激光器工作特性的恶化。3.3.3 光栅优化
【参考文献】：
期刊论文
[1]Modulated bandwidth enhancement in an amplified feedback laser[J]. 余力强,郭露,陆丹,吉晨,王皓,赵玲娟. Chinese Optics Letters. 2015(05)
本文编号：3527218
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3527218.html
