DFB激光器

DFB(DistributedFeedbackLaser)，即分布式反馈激光器，其不同之处是内置了布拉格光栅（BraggGrating），属于侧面发射的半导体激光器。目前，DFB激光器主要以半导体材料为介质，包括锑化镓(GaSb）、砷化镓（GaAs）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性（即光谱纯度），它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边模抑制比（SMSR），目前可高达40-50dB以上。

中文名：DFB激光器

外文名：DistributedFeedbackLaser

别名：分布式反馈激光器

属于：侧面发射的半导体激光器

1、工艺结构

制造工艺

DFB芯片的制作工艺非常复杂，体现了半导体产品在生产制造上的最复杂程度，下表是DFB激光器的主要生产工艺流程（从材料生长到封装的整个过程）：

DFB芯片设计：芯片分为P极和N极，当注入p-n结的电流较低时，只有自发辐射产生，随电流值的增大增益也增大，达阈值电流时，p-n结产生激光。其注入电流方向和激光发射示意图如下：

2、应用原理

一、光纤通讯

通讯是DFB的主要应用，如1310nm，1550nmDFB激光器的应用，这里主要介绍非通讯波段DFB激光器的应用。

二、可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）

a)过程控制(HCl,O2…)

b)火灾预警(CO/CO2ratio)

c)成分检测(moistureinnaturalgas)

d)医疗应用(bloodsugar,breathgas,helicobacter)

e)大气测量(isotopecompositionofH2O,O2,CO)

f)泄漏检查(Methane)

g)安全(H2S,HF)

h)环境测量(Ozone,Methane)

i)科研(Marsandspacemissions)

j)…

三、原子光谱学应用

k)原子钟(GALILEO,chipscaleatomicclock)

l)磁力计(SERF)

m)...

四、新兴市场

a)精密测量(Ellipsometry,3Dvision)

b)夜视仪

c)同位素监测(distinctionof235UHF/238UHF)

d)…

3、应用案例

1．用于发电站·严格监控各气体的成分比率：H2O,O2,CO,CO2,NH3,NO2等；

·实现更快更有效的燃烧；

·减少污染物的排放，减小能耗。

2．用于过程控制

·监测HCl的浓度，优化PVC材料的生产；

·监测燃烧室中O2,CO,CO2的浓度，控制钢铁的熔炼过程。

3．用于管道检测

天然气管道成分、泄漏检测。

4．用于太空研究

比如用于NASA实验室，俄罗斯航天局等。

4、厂商现状

当前，DFB激光器芯片技术基本上由德国、美国、日本等发达国家掌握，比如德国Nanoplus、Sacher、Eagleyard、Toptica公司，美国Thorlabs、EM4、PowerTechnology、Sarnoff公司，日本NTT、Oclaro等公司。厂商非常多，但能够实现商业化生产的厂家并不多，主要有Nanoplus、Eagleyard、NTT、Thorlabs等几家公司。

目前国内还没有成熟的DFB芯片生产技术，由于成品率低基本上没有形成商业化，国内生产的DFB激光器主要是基于对国外芯片的封装生产，主要表现为对通讯波段的生产和应用。

5、发展

DFB激光器的发展方向是，更宽的谐调范围和更窄的线宽，在一个DFB激光器集成两个独立的光栅，实现更宽的波长谐调范围，比如达到100nm谐调范围，以及更窄的光谱线宽，最终用一个DFB激光器实现检测多种气体的功能；更长的中心波长，从750nm到3500nm，并逐渐往4000nm甚至更高的中心波长发展；更高的功率，由于目前DFB激光器功率普遍较低，高功率能够实现长距离、多路等更广泛的应用。