離散模半導(dǎo)體激光器實現(xiàn)單縱模輸出

l      氣體分析檢測

l      FMCW車載激光雷達

l      超高帶寬光纖通信等領(lǐng)域

簡單講，DM離散模半導(dǎo)體激光器與DFB分布反饋式單縱模半導(dǎo)體激光器類似，都是在F-P法布里-波羅半導(dǎo)體激光器的基礎(chǔ)上進行二次加工，從而實現(xiàn)單縱模輸出。而DM離散模半導(dǎo)體激光器性能更出色，更適合大批量工業(yè)生產(chǎn)，也正因為Eblana Photonics公司擁有離散模半導(dǎo)體激光器大規(guī)模工業(yè)量產(chǎn)的能力，在提供實現(xiàn)性能更高單縱模激光器的同時把售價做到比競品更低。

圖1. 在F-P半導(dǎo)體脊波導(dǎo)上做刻蝕工藝

請參考（如圖1.）這是一個標(biāo)準(zhǔn)的F-P半導(dǎo)體激光器，Eblana Photonics公司擁有這種離散模半導(dǎo)體激光器制備工藝，是在F-P半導(dǎo)體激光器脊波導(dǎo)上一系列特定的位置，刻蝕上特定間距和深度的溝槽（如圖2）。

圖2.電子顯微鏡下離散模激光溝槽的形貌

這一系列溝槽結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的激光介質(zhì)折射率變化會干擾激光在F-P諧振腔內(nèi)的傳輸模式，從而導(dǎo)致不同波長激光在諧振腔內(nèi)的增益/衰減系數(shù)不同。舉個例子，（如圖3所示，標(biāo)準(zhǔn)F-P半導(dǎo)體激光器的輸出包含多個縱模）

如前言，Eblana Photonics蝕刻出上述溝槽結(jié)構(gòu)后，干擾并抑制了F-P激光器的幾乎所有縱模，而留下特定的一個縱模實現(xiàn)不受干擾的高增益（如圖4）。從而獲得了理想的單縱模窄線寬半導(dǎo)體激光輸出（如圖5）。

圖5.離散模半導(dǎo)體激光器是實現(xiàn)的單縱模輸出

我們把此種工藝加工出的半導(dǎo)體激光器稱之為離散模半導(dǎo)體激光器DM(Discrete mode diode laser)。

圖6. a.激光腔鏡間衰減系數(shù)曲線，b.離散模半導(dǎo)體激光器實現(xiàn)單縱模輸出

為了讓讀者理解方便起見，我們把上述三個曲線合在一個圖內(nèi)（如圖6），圖6a,刻蝕溝槽結(jié)構(gòu)后在不同波長下F-P激光腔鏡間衰減系數(shù)曲線，多數(shù)波長點高衰減系數(shù)達到的結(jié)果是把圖6右F-P半導(dǎo)體激光器的多數(shù)縱模成功抑制，而只留下圖6b所示單獨一個離散的縱模形成不受影響的單縱模輸出，且能保持很好的邊模抑制比(如圖約45dB）。 這種制備工藝有一個重大好處是無需再次引入半導(dǎo)體外延生長工藝，在提升產(chǎn)品性能的同時經(jīng)濟性佳。

由于離散模工藝結(jié)構(gòu)在內(nèi)部就抑制了邊模的增益，帶來的另外一個好處是可以做到寬范圍波長調(diào)諧下無跳模，（如圖7和圖8，）

圖7. DMLD離散模半導(dǎo)體激光器在不同溫度下的輸出光譜，可見變溫條件下仍保持單模輸出且邊模抑制比好于40db

圖8.DMLD離散模半導(dǎo)體激光器在0-100度寬范圍調(diào)溫調(diào)諧波長1542-1553nm

 離散模工藝結(jié)構(gòu)還可以抑制反饋回F-P激光腔鏡內(nèi)的激光干擾，帶來的好處是允許客戶使用規(guī)格更低的光隔離器，甚至往往不加光隔離器也可以正常工作。（如圖9）可見，和DFB分布反饋式半導(dǎo)體激光相比，同樣用于光纖通信應(yīng)用，在同等情況下，如果希望達到同等的BER 1.E-8（即百萬分之一的比特誤碼率），DM離散模半導(dǎo)體激光器可允許高達-20dBm的反饋激光，而DFB分布反饋式半導(dǎo)體激光器只能允許-30dBm的反饋干擾激光強度。

圖9. DM離散半導(dǎo)體激光器與DFB分布反饋半導(dǎo)體激光器對反饋干擾強度的允許度

DM離散模半導(dǎo)體激光器比較DFB分布反饋半導(dǎo)體激光器的另外一個好處是可提供更窄的輸出線寬，（如圖10）相對于同等DFB分布反饋半導(dǎo)體激光器10MHz以上的線寬，DM離散模半導(dǎo)體激光器可提供大致100kHz左右的激光輸出線寬。

圖10. DM離散半導(dǎo)體激光器與DFB分布反饋半導(dǎo)體激光器的線寬更窄

小結(jié)一下，愛爾蘭Eblana Photonics公司離散模半導(dǎo)體激光器DM(Discrete mode diode laser)，其優(yōu)點是：

l          穩(wěn)定的單縱模輸出

l        可提供更窄的線寬

l       超寬的工作溫度適應(yīng)范圍

l         在有強光反饋的情況下仍能穩(wěn)定工作

l        制造工藝簡單可靠，產(chǎn)量高且交期短

l       容易集成

l       低價格

下面簡單介紹一下Eblana Photonics離散模半導(dǎo)體激光器的一些典型應(yīng)用：

氣體分析檢測：

TDLAS（可調(diào)諧二極管激光吸收光譜）是利用可調(diào)諧的窄線寬半導(dǎo)體激光器線寬窄與可調(diào)諧的優(yōu)點，將激光器的發(fā)射峰嚴(yán)格調(diào)諧到待測氣體的吸收峰上，實現(xiàn)高精度，抗干擾，在線式的氣體濃度檢測。

Eblana Photonics離散模半導(dǎo)體激光器特點：

l      窄線寬，穩(wěn)定的單縱模輸出

l     可達2nm以上的無跳模波長調(diào)諧

l      容易集成，產(chǎn)量高，交期短，價格低

l      寬工作溫度適應(yīng)范圍，耐光反饋

圖11. DM離散半導(dǎo)體激光器典型波長與對應(yīng)氣體吸收峰位

激光雷達： 

Eblana Photonics離散模半導(dǎo)體激光器在1550nm人眼安全波段可用于激光雷達應(yīng)用。其激光線寬可窄到100kHz,適合應(yīng)用于激光多普勒測速應(yīng)用。另外由于可做寬范圍無跳模波長調(diào)諧，適合于高端的FMCW調(diào)頻連續(xù)波車載激光雷達應(yīng)用。需要提及的是離散模半導(dǎo)體激光器輸出功率是mW級別，適合于做種子光源；需要在后續(xù)附加光纖放大器以達到瓦量級的輸出功率。

超高帶寬光纖通信：

在光纖通訊應(yīng)用里面，激光的線寬越窄，可供使用的信道帶寬就越寬。 Eblana Photonics的離散模半導(dǎo)體激光器制造工藝簡單可靠，產(chǎn)量高且交期短，耐受嚴(yán)酷使用環(huán)境，非常適合于產(chǎn)業(yè)化的超高帶寬光纖通信