DFB激光器芯片和FP激光器的區別

DFB激光器芯片和FP激光器的區別

法布里-珀羅激光器（FP-LD）是最常見、最普通的半導體激光器，它最大的特點是激光器的諧振腔由半導體材料的兩個解理面構成。目前光纖通信上采用的FP-LD的制作技術已經相當成熟，普遍采用雙異質結多量子阱有源層、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，然后再接著二次外延生長。

這個階段大家可以想想看工藝會出現什么異常？

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。例如布拉格光柵光纖，就是光譜光源被注入到光纖后，只會存在非常窄的光譜。只有布拉格波長的光會被光柵反射，剩余的光波將繼續通過光纖到下一個光柵，并且沒有任何損失。說白話一點就是一個波長過濾器的作用。

外延生長的溫度比較高，六七百攝氏度都正常，因此這些光柵溝槽會發生回熔，光柵就會變形，甚至完全消失，整個芯片的光柵就會變得殘缺不全，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，可以獲得高質量的MQW，提高激光器的可靠性，同時還能平滑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的過程差不多，可以參考以前的文章。下圖是制備好的晶圓，進行分bar和切chip。

晶圓分成bar之后進行鍍膜。但是DFB激光器在切割時會出現腔長的誤差。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。

通常都會有光柵周期的隨機殘留。在AR側沒有影響，因為光不會在這一端面反射，但是在HR側就會有很大影響。

如圖，HR端就會出現不同的解離剩余距離出來，增加了相對于整個光學模式的隨機腔面相位，并將導致模式偏移一定的量。相位就會隨著激光器的確切長度而變化。

在FP器件中，腔長的微小變化對輸出影響不大，長度的變化意味著器件將偏移其允許模式梳，單器件仍然會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，很小的偏移都會十分顯著。當允許模式偏移1nm或者2nm時，最低增益的特定模式就會變化。比如想在1313nm處最低增益點激射的，由于背腔相位不同，可能導致1311nm的波長激射。這將導致兩個具有基本相同光增益的允許模式，使得器件有兩個激射模式。

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，他們有不同的激射增益。

2 激射波長

隨機背腔相位輕微便宜允許模式，但是由于增益隨波長的略微變化而顯著變化，具有最低增益的模式可能顯著變化。

3 單模行為

針對某些背腔相位，兩張允許的模式會有基本相同的激光增益，在這種情況下，器件可能有兩個激射模式。

4 斜率效率

器件的功率分布依賴于相位，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于背腔相位。

背腔相位是在激光器解離過程中隨機定義出來的，因此不能得到精準控制，就是一個隨機的數值，但是對于特定的設計和制作來講，可以通過統計學的方法，統計批次的設計良率確定，進而在設計師考慮基于隨機背腔相位和標稱特性的分布。

責任編輯：haq