DFB激光器芯片和FP激光器的區別 DATE: 2022-05-20 13:43
法布里-珀羅激光器（FP-LD）是最常見(jiàn)、最普通的半導體激光器，它最大的特點(diǎn)是激光器的諧振腔由半導體材料的兩個(gè)解理面構成。目前光纖通信上采用的FP-LD的制作技術(shù)已經(jīng)相當成熟，普遍采用雙異質(zhì)結多量子阱有源層、載流子與光分別限制的結構。 DFB相比于常見(jiàn)的FP激光器不同之處就是它在外延處就植入了布拉格光柵，在F_P諧振腔內既可形成選模結構，實(shí)現完全單模工作。 在外延的階段，中間插入光柵制造步驟，然后再接著(zhù)二次外延生長(cháng)。 這個(gè)階段大家可以想想看工藝會(huì )出現什么異常？ 布拉格光柵大家都知道是什么樣的嗎？ 布拉格光柵 （FBG） 是一種周期性，作為波長(cháng)選擇鏡的微結構，有的是一串微溝道、有的是一串不同折射率的介質(zhì)。例如布拉格光柵光纖，就是光譜光源被注入到光纖后，只會(huì )存在非常窄的光譜。只有布拉格波長(cháng)的光會(huì )被光柵反射，剩余的光波將繼續通過(guò)光纖到下一個(gè)光柵，并且沒(méi)有任何損失。說(shuō)白話(huà)一點(diǎn)就是一個(gè)波長(cháng)過(guò)濾器的作用。 外延生長(cháng)的溫度比較高，六七百攝氏度都正常，因此這些光柵溝槽會(huì )發(fā)生回熔，光柵就會(huì )變形，甚至完全消失，整個(gè)芯片的光柵就會(huì )變得殘缺不全，激光器的內量子效率降低。DFB激光器的震蕩頻率偏離Bragg頻率，其閾值增益較高。 一種高性能DFB激光器結構，包括InP基底，在所述InP基底上從下而上依次采用MOCVD沉積的N?InP緩沖層、N?AlInAs外延層、N?AlGaInAs波導層、AlGaInAsMQW、P?AlGaInAs波導層、P?AlInAs限制層、P?InP限制層、光柵層、InGaAsP勢壘過(guò)度層、InGaAs歐姆接觸層；在所述N?InP緩沖層與所述N?AlInAs外延層中間插入一層N?InAlAsP；本方案設計的一種高性能DFB激光器結構，在N?InP緩沖層與N?InAlAs外延層中間插入一層N?InAlAsP，可以獲得高質(zhì)量的MQW，提高激光器的可靠性，同時(shí)還能平滑N?InP緩沖層與N?InAlAs外延層之間的導帶能階差，減小DFB激光器的電阻，提高DFB激光器的性能。 DFB激光器的制造 上文介紹了DFB外延的制作，芯片的制作和FP的過(guò)程差不多，可以參考以前的文章。下圖是制備好的晶圓，進(jìn)行分bar和切chip。 晶圓分成bar之后進(jìn)行鍍膜。但是DFB激光器在切割時(shí)會(huì )出現腔長(cháng)的誤差。腔面解離是一種純機械的操作，并不能剛好切成整數倍光柵周期。 通常都會(huì )有光柵周期的隨機殘留。在A(yíng)R側沒(méi)有影響，因為光不會(huì )在這一端面反射，但是在HR側就會(huì )有很大影響。 如圖，HR端就會(huì )出現不同的解離剩余距離出來(lái)，增加了相對于整個(gè)光學(xué)模式的隨機腔面相位，并將導致模式偏移一定的量。相位就會(huì )隨著(zhù)激光器的確切長(cháng)度而變化。 在FP器件中，腔長(cháng)的微小變化對輸出影響不大，長(cháng)度的變化意味著(zhù)器件將偏移其允許模式梳，單器件仍然會(huì )按照允許模式以最大增益激射（可能便宜1nm左右）。 在DFB激光器中，很小的偏移都會(huì )十分顯著(zhù)。當允許模式偏移1nm或者2nm時(shí)，最低增益的特定模式就會(huì )變化。比如想在1313nm處最低增益點(diǎn)激射的，由于背腔相位不同，可能導致1311nm的波長(cháng)激射。這將導致兩個(gè)具有基本相同光增益的允許模式，使得器件有兩個(gè)激射模式。 因此背腔相位對DFB激光器存在以下影響： 1 閾值電流的影響 背腔相位影響允許的激射波長(cháng)，他們有不同的激射增益。 2 激射波長(cháng) 隨機背腔相位輕微便宜允許模式，但是由于增益隨波長(cháng)的略微變化而顯著(zhù)變化，具有最低增益的模式可能顯著(zhù)變化。 3 單模行為 針對某些背腔相位，兩張允許的模式會(huì )有基本相同的激光增益，在這種情況下，器件可能有兩個(gè)激射模式。 4 斜率效率 器件的功率分布依賴(lài)于相位，十分敏感，稍不同的背腔相位代表不同的斜率效率，不似FP那樣，斜率效率敏感地依賴(lài)于背腔相位。 背腔相位是在激光器解離過(guò)程中隨機定義出來(lái)的，因此不能得到精準控制，就是一個(gè)隨機的數值，但是對于特定的設計和制作來(lái)講，可以通過(guò)統計學(xué)的方法，統計批次的設計良率確定，進(jìn)而在設計師考慮基于隨機背腔相位和標稱(chēng)特性的分布。 |