半導體分布反饋雷射器是採用折射率周期變化的結構實現諧振腔反饋功能的半導體雷射器。這種雷射器不僅使半導體雷射器的某些性能（如模式、溫度係數等）獲得改善，而且由於它採用平面工藝，在集成光路中便於與其他元件耦合和集成。GaAs－GaAlAs分布反饋雷射器已實現室溫連續工作，閾值3.4×103安/厘米2(320K)。282K下得到的最大連續輸出功率為40毫瓦。
基本介紹
- 中文名：半導體分布反饋雷射器
- 外文名：Semiconductor distributed feedback laser
- 實驗最初套用：染料雷射器
- 泵浦方式：電注入，光泵和電子束激勵
簡介,原理,材料和泵浦方式,結構,性能,
簡介
1970年採用雙異質結的GaAs－GaAlAs注入式半導體雷射器實現了室溫連續工作。與此同時，貝爾實驗室H.利戈尼克等發現在周期結構中可由反向布喇格散射提供反饋，可以代替解理面。在實驗中，最初是把這種結構用於染料雷射器，1973年開始用於半導體雷射器，1975年GaAs分布反饋雷射器已實現室溫連續工作。
原理
半導體分布反饋雷射器的反饋結構是一種周期結構，反饋靠反向布喇格散射提供（見圖）。為了使正向波與反向波之間發生有效的布喇格耦合,要求光柵周期滿足布喇格條件:，式中λ0是激射波長,Ng是有效折射率，m=1、2、3、…(相當於耦合級次)。對於GaAs材料,一級耦合:Λ=0.115微米。在實驗中，使用3250埃He－Cd雷射和高折射率稜鏡(nP=1.539)，已制出Λ=0.11微米的周期結構（見半導體雷射二極體）。
材料和泵浦方式
製作半導體分布反饋雷射器的材料有GaAs-GaAlAsIn、P-InGaAsP、Pb1-xSnxTe和 CdS等。非半導體材料的分布反饋雷射器主要採用染料作為活性介質。泵浦方式主要採用電注入，也採用光泵和電子束激勵。
結構
半導體分布反饋雷射器有多種結構，如同質結、單異質結、雙異質結、光和載流子分別限制異質結、溝道襯底平面結構、具有橫向消失場分布反饋的溝道襯底平面結構、 隱埋異質結、 具有橫向消失場分布反饋的條形隱埋異質結等。周期結構有的是做在雷射器表面，有的是在雷射器內部的界面，有的則在襯底上。周期結構做在內部界面的雷射器，一般需要二次液相外延，或採用液相外延與分子束外延結合的辦法；周期結構做在襯底或表面的雷射器則只需一次外延。在有源層和限制層之間皺摺界面處，注入載流子的無輻射複合影響器件低閾值室溫工作。解決這個問題的辦法是：①採用光和載流子分別限制異質結，把皺摺界面與有源層分開；②採用分布布喇格反散鏡(DBR)結構,把光柵與有源區分開。
性能
GaAs－GaAlAs分布反饋雷射器已實現室溫連續工作，閾值3.4×103安/厘米2(320K)。282K下得到的最大連續輸出功率為40毫瓦。蝕刻光柵的表面總是殘留有不完整性，帶來一些散射損耗，因此分布反饋雷射器閾值較高。分布反饋雷射器的優點是具有很好的波長選擇性和單縱模工作。這種選擇性是由布喇格效應對波長的靈敏性產生的，分布反饋雷射器的閾值隨著偏離布喇格波長 λ0而增加。單縱模工作的譜線寬度小於1埃。激射波長隨溫度和電流的變化比較小,例如GaAs-GaAlAs和InP-InGaAsP分布反饋雷射器,激射波長隨溫度的依賴關係約為0.5～0.9┱/K,而相應的解理腔面雷射器要大3～5倍。改變光柵周期,可以使雷射波長在一定範圍內變化，例如，在一個GaAs襯底上，已構成由六個具有不同光柵周期的GaAs－GaAlAs分布反饋二極體組成的頻率復用光源。在一個雷射器中製作幾組不同周期的光柵，構成多諧分布反饋雷射器，產生幾個雷射波長，也可作為頻率復用光源。
半導體分布反饋雷射器因有上述特點，而且體積小，因而受到人們注意。其中最重要的,是InP-InGaAsP半導體分布反饋雷射器可成為長距離大容量單模光纖通信的理想光源，因為這種雷射器在高速調製下也能保持單頻工作（動態單模）。
