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            DFB激光器介绍

            2016-10-14 10:44:24      点击:

                                     DFB激光器

            DFB( Distributed Feedback Laser),即分布式反馈激光器,其不同之处是内置了布拉格光栅(Bragg Grating),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 Distributed Feedback Laser别    名分布式反馈激光器属    于侧面发射的半导体激光器

            工艺结构

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            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):
            Process(工艺流程)
            Back End(后续处理)
            GaSb-processing(锑化镓材料生长)
            cleaving(切割)
            coating / lift-off(镀膜/剥离)
            facet coating(端面镀膜)
            optical lithography(光学光刻)
            characterization(参数塑造)
            e-beam(电子束成象)
            mounting (TO-header)(安装)
            vapor coating(气相涂盖)
            fiber coupling(光纤耦合
            etching(蚀刻
            burn-In(预烧)
            electroplating(电解沉积
            ......
            quality control(质量控制)
            ……
            DFB芯片结构设计
            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。
            一、光纤通讯
            通讯是DFB的主要应用,如1310nm,1550nm DFB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/CO2 ratio)
            c) 成分检测 (moisture in natural gas)
            d) 医疗应用 (blood sugar, breath gas, helicobacter)
            e) 大气测量 (isotope composition of H2O, O2, CO)
            f) 泄漏检查 (Methane)
            g) 安全 (H2S, HF)
            h) 环境测量 (Ozone, Methane)
            i) 科研 (Mars and space missions)
            j) …
            三、原子光谱学应用
            k) 原子钟 (GALILEO, chip scale atomic clock)
            l) 磁力计 (SERF)
            m) ...
            四、新兴市场
            a) 精密测量 (Ellipsometry, 3D vision)
            b) 夜视仪
            c) 同位素监测 (distinction of 235UHF / 238UHF)
            d) …
            下表是DFB一些主要波长在激光气体分析、原子钟应用、NdYAG激光器种子源等领域上的应用:
            DFB中心波长
            主要应用
            DFB中心波长
            主要应用
            760/761/763nm
            氧气(O2)分析
            1590nm
            硫化氢(H2S)气体分析
            852nm
            1580/2330nm
            一氧化碳(CO)气体分析
            894nm
            1579nm
            一碳二碳(CO/CO2)同时分析
            1392/1877/2740nm
            水分子(H2O)分析
            1654nm
            甲烷(CH4)气体分析
            1064nm
            Nd:YAG激光器种子源
            1742nm
            氯化氢(HCl)气体分析
            1178nm
            大功率光纤激光器种子源
            1800nm/2650nm
            一氧化氮(NO)气体分析
            1273nm
            氟化氢(HF) 气体分析
            2004nm/2680nm
            二氧化碳(CO2)气体分析
            1341nm
            溴化氢(HBr) 气体分析
            2257nm
            氧化二氮(N2O)气体分析
            1512nm
            氨气(NH3)气体分析
            3370nm
            丙烷(C3H8)气体分析
            1540nm
            氰化氢HCN)气体分析
            .......
            ......

            应应用案例

            编辑
            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。
             

            厂厂商现状

            编辑
            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、Power Technology、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。
             

            发发展

            编辑
            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。
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