分布式反馈激光器

分布式反馈激光器（DFB）是一种类型的激光二极管、量子级联激光器或光纤激光器，其中设备的活性区域包含周期性结构的元件或衍射光栅。该结构构建一维干涉光栅（布拉格散射），该光栅为激光器提供光反馈。该纵向衍射光栅的折射率周期性变化导致反射回空腔。周期性变化可以是折射率的实部，也可以是虚部（增益或吸收）。xxx的光栅以一阶工作-周期性为二分之一波，并且光向后反射。分布式反馈激光器往往比Fabry-Perot或DBR激光器稳定得多，并且在需要干净的单模运行时尤其是在高速光纤通信中经常使用。

掺有掺b光纤的放大器在波长约1.55um的光纤中具有最低损耗窗口的半导体DFB激光器 （EDFA）主导了长距离通信市场，而在1.3um的最低色散窗口中使用的分布式反馈激光器用于较短的距离。

最简单的激光器是法布里-珀罗（Fabry-Perot）激光器，在该激光器的激光光学腔的两端有两个宽带反射器。光线在这两个反射镜之间来回反射，并形成纵向模式或驻波。后反射器通常具有高反射率，而前反射镜则具有较低的反射率。然后，光从前视镜泄漏出并形成激光二极管的输出。由于反射镜通常是宽带的，并且反射许多波长，因此激光器同时支持多个纵向模式或驻波，并发射多模式激光，或者容易在纵向模式之间跳跃。如果半导体Fabry-Perot激光器的温度发生变化，则激光介质放大的波长会迅速变化。同时，激光器的纵向模式也变化，因为折射率也是温度的函数。这导致光谱不稳定并且高度依赖温度。在1.55um和1.3um的重要波长处，随着温度的升高，峰值增益通常向较长的波长移动约0.4nm，而纵向模式向较长的波长移动约0.1nm。

如果将这些后视镜中的一个或两个都替换为衍射光栅，则该结构称为DBR激光器（分布式布拉格反射器）。这些纵向衍射光栅镜将光反射回腔中，非常类似于多层镜面涂层。衍射光栅镜倾向于反射比正常端镜窄的波长带，这限制了腔中增益可以支持的驻波数。因此，DBR激光器往往比带宽带涂层的Fabry-Perot激光器在光谱上更稳定。但是，随着激光器中温度或电流的变化，该设备可以从一个驻波跳到另一驻波的“跳模”。然而，DBR激光器随温度的总体偏移较低，因为反射镜确定了哪些纵向模式发射了激光，并且它们随折射率而不是峰值增益而偏移。

在分布式反馈激光器中，光栅和反射通常沿着空腔连续，而不是仅仅在两端。这极大地改变了模态行为，并使激光器更稳定。分布式反馈激光器的设计多种多样，每种激光器的性能略有不同。

如果光栅是周期性且连续的，并且激光的端部镀有防反射（AR / AR）涂层，那么除了光栅本身没有其他反馈，那么这种结构支持两种纵向（简并）模式，并且几乎总是在两个波长处发射激光。显然，通常不希望使用二模激光。因此，有多种方法可以打破这种“简并性”。

xxx种是通过在空腔中引起四分之一波长偏移。这种相移就像“缺陷”一样，在反射带宽或“阻带”的中心产生共振。激光然后以这种共振激光发射，并且非常稳定。随着温度和电流的变化，光栅和腔体以较低的折射率变化率一起移动，并且没有模跳。然而，光从激光器的两侧发射，并且通常浪费来自一侧的光。此外，在技术上很难实现精确的四分之一波长偏移，并且经常需要直接写入电子束光刻。通常，不是在腔体的中心发生一个四分之一波的相移，而是在腔体中的不同位置分布了多个较小的位移，这些位移在纵向上扩展了模并提供了更高的输出功率。

消除这种简并性的另一种方法是将激光的后端涂上高反射率（HR）。该端反射器的精确位置无法精确控制，因此人们会在光栅和端镜的精确位置之间获得随机的相移。有时，这会导致完美的相移，其中四分之一波相移的DFB实际上会反射到自身上。在这种情况下，所有的光都从正面射出，从而获得非常稳定的激光。但是，在其他时候，光栅和高反射镜后镜之间的相移不是最佳的，并且最终以二模激光结束。另外，分裂的相位影响波长，因此在制造中控制一批激光器的输出波长可能是一个挑战。因此，HR / AR DFB激光器往往产量低，必须在使用前进行筛选。可以对功率和良率进行优化的涂层和相移的各种组合，通常每个制造商都有自己的技术来优化性能和良率。

为了在用于光纤通信的分布式反馈激光器上编码数据，通常改变驱动电流以调制光的强度。这些DML（直接调制激光器）是最简单的类型，可以在各种光纤系统中找到。直接调制激光器的缺点是伴随着频移和强度偏移（激光chi））。这些频移以及光纤中的色散会导致信号在一定距离后衰减，从而限制了带宽和范围。另一种结构是电吸收调制激光器（EML），该激光器连续运行，并具有集成在前面的独立部分，该部分吸收或透射光-非常类似于光学快门。这些EML可以以更高的速度运行，并且具有更低的线性调频。在非常高性能的相干光通信系统中，分布式反馈激光器连续运行，然后跟随相位调制器。在接收端，本地振荡器分布式反馈激光器干扰接收的信号并解码调制。

另一种方法是相移分布式反馈激光器。在这种情况下，两个小面都进行了抗反射涂层，并且腔中存在相移。这样的设备在波长上具有更好的可再现性，并且理论上所有激光都以单模发射。

在分布式反馈激光器中，布拉格光栅（在这种情况下也形成激光器的腔）在反射带中具有相移，类似于Fabry-Pérot干涉仪的单个非常窄的透射切口。如果配置正确，这些激光器将以超过数十公里的相干长度在单个纵向模式下运行，这基本上受到用于测量相干性的自外差相干检测技术所引起的时间噪声的限制。这些DFB光纤激光器通常用于需要极窄线宽的传感应用中。