Aunque no se han producido muchos avances en el campo de la DFB en la industria, esto no impide que se sigan realizando investigaciones al respecto. Hoy presentaremos varios estudios recientes sobre la DFB:
- El DFB de emisión superficial se utiliza principalmente para aplicaciones de corta distancia. Cuenta con un modo único y un acoplamiento sencillo.
HUST ha desarrollado un láser DFB monomodo de emisión superficial con una rejilla de superficie. Al introducir un cambio de fase en el área grabada, la potencia de salida del láser alcanza los 2 mW, el SMSR es de 46 dB, el coeficiente de acoplamiento de la rejilla es de 560 cm-1 y la eficiencia de pendiente es de 0.3 W/A.
Los láseres de emisión superficial de cavidad vertical (VCSEL) se utilizan ampliamente en redes de enlace corto que superan los cientos de metros. Los centros de datos a gran escala prefieren sistemas de transmisión monomodo con mayor ancho de banda y capacidades de transmisión a mayor distancia. El tamaño de apertura de óxido requerido para los VCSEL monomodo es típicamente menor a 5 μm, lo que plantea desafíos de fabricación y confiabilidad. Propone una estructura láser DFB de emisión superficial monomodo, que utiliza una cavidad horizontal en lugar de una cavidad vertical para lograr la emisión superficial. La retroalimentación óptica del láser utiliza una rejilla de primer orden, y la emisión superficial se logra utilizando una rejilla de segundo orden.
Para obtener un alto coeficiente de acoplamiento de rejilla, se utiliza una estructura de guía de ondas de cresta poco profunda y una rejilla de superficie grabada poco profunda rellena con SOG.
Para reducir la resistencia y las pérdidas por absorción de fotones, adopta una estructura NIP y se introduce una unión túnel en el sustrato para lograr la inyección de corriente.
En el área debajo de la guía de ondas de cresta, se han diseñado orificios de óxido rectangulares de área grande para limitar la inyección de corriente.
Diagrama tridimensional del láser DFB de emisión superficial monomodo
Para concentrar los fotones en el centro de la cavidad resonante (en la rejilla de segundo orden) para mejorar la salida de difracción, se diseña una posición de cambio de fase λ/4 en la rejilla de segundo orden. La posición del cambio de fase λ/4 en la rejilla de segundo orden afectará las características de difracción de la rejilla de segundo orden, y se diseñan dos estructuras como se muestra en la figura. Para obtener un coeficiente de acoplamiento de rejilla más alto, se optimiza el revestimiento superior de AlGaAs y se utiliza una rejilla de relleno SOG. La longitud de la región activa del láser es de 40 μm y los dos espejos DBR son de 80 μm.
Las imágenes del SEM
Cuando el número de rejillas de segundo orden es 5, la eficiencia de pendiente del láser desplazado de fase λ/4 en el área no grabada de la rejilla de segundo orden es de aproximadamente 0.06 W/A, mientras que la eficiencia de pendiente del láser desplazado de fase λ/4 en el área grabada es de aproximadamente 0.2 W/A.
Cuando el número de rejillas de segundo orden es 9, la eficiencia de pendiente del láser con desplazamiento de fase λ/4 en el área grabada de la rejilla de segundo orden es de aproximadamente 0.3 W/A. La corriente umbral del láser es de aproximadamente 2.1 mA.
Cuando en el futuro se utilicen reflectores DBR inferiores, la potencia de salida y la eficiencia de pendiente se duplicarán. Cuando la corriente de inyección es mayor que 3 mA, el láser tiene una salida monomodo estable a 25 °C y el SMSR es mayor que 46 dB.
Curvas LIV de los láseres fabricados y espectros de salida en función de la corriente de inyección
- Utilice además el efecto PPR para aumentar el ancho de banda DML a 53 GHz. Esta función está optimizada para garantizar la estabilidad de PPR, y la matriz DFB se puede utilizar para LAN-WDM de corta distancia.
NTT propuso el primer conjunto de láseres de película fina que explota el efecto de resonancia fotón-fotón (PPR) en interconexiones de corto alcance con multiplexación por división de longitud de onda (WDM). Un conjunto de láseres de película fina LAN-WDM de 8 canales sobre SiO2/Si transmite a 106 GBaud NRZ a lo largo de 2 km con un consumo de energía de ~154 fJ/bit.
El ancho de banda del DML se incrementa al introducir el efecto PPR en el diseño de la cavidad de la membrana. La dificultad radica en la estabilidad del PPR. El reflector DBR tiene una longitud de 200 μm y está conectado al DFB de 80 μm de longitud para lograr un funcionamiento monomodo mediante filtrado. Al optimizar el diseño de la rejilla, la estructura tiene suficiente estabilidad del PPR en múltiples canales del conjunto láser.
Cambie las longitudes de onda de Bragg de las tres secciones de cada canal 8λ en la matriz simultáneamente y obtenga una cuadrícula de longitud de onda de 5 nm adecuada para LAN-WDM. Esto se logra ajustando el espaciado de la rejilla de todas las secciones en cada canal. La potencia de salida máxima acoplada a fibra de todos los láseres es mayor que 0 dBm y el espaciado de longitud de onda es de aproximadamente 5 nm. Las torceduras en el diagrama LI son causadas por efectos de filtrado DBR y saltos de modo lateral.
Estructura de la matriz láser (a) y (b), y características estáticas: (c) LlV y (d) espectros láser
A 50 °C y una corriente de polarización de 7 a 12.1 mA, el ancho de banda de 6 dB de todos los canales es mayor que 53.5 GHz y la frecuencia PPR está entre 40 y 50 GHz. En la respuesta del canal n.° 8, se pueden ver dos frecuencias PPR, que son causadas por el coeficiente de acoplamiento de rejilla relativamente alto utilizado (a 600~750 cm-1).
Respuestas de EO a 50℃
El láser se activa directamente a 1~1.3 Vpp. La tasa de error de bits de todos los canales puede alcanzar una corrección de error de avance de decisión dura (HD FEC) inferior al 6.25 % en un ángulo de 50° entre ejes (BTB) y una transmisión de más de 2 km, con una tasa de datos neta de 99.375 Gbps por lambda y una tasa de datos total de 795 Gbps. La diferencia de rendimiento en los casos de BTB y 2 km es insignificante.
- La fuente de luz DFB de alta potencia se puede utilizar para fuentes de luz fotónicas de silicio. Su característica principal es la estructura SCOW, que tiene mayor potencia que otras similares y admite el funcionamiento a temperatura completa.
El III-VLab diseña láseres DFB de alta potencia y MOPAs utilizando guías de ondas ópticas acopladas a placas de crestas enterradas. El dispositivo se basa en SCOW y adopta la tecnología de heteroestructuras enterradas semiaislantes (SIBH). La MQW consta de un pozo de deformación compresiva de GaInAsP y una barrera de deformación quinaria de tracción de AlGaInAsP.
El láser DFB tiene una longitud de 2 mm. La parte láser del MOPA tiene una longitud de 1.5 mm, la parte SOA tiene una longitud de 2.5 mm y hay una curva de Bessel de 500 um en la salida, con un ángulo de guía de ondas de 7°.
Cuando el DFB está a 1 A, la potencia de salida máxima es de 148 mW a 85 °C y de 333 mW a 25 °C. La resistencia térmica de un láser DFB de 2 mm de longitud es de aproximadamente 6.6 K/W. A partir de 300 mA, el valor máximo de RIN es inferior a -160 dB/Hz. El ancho de línea mínimo es inferior a 30 kHz a 200 mA. Cuando la corriente es mayor, el ancho de línea aumenta debido a la quema del orificio a lo largo del espacio longitudinal de la cavidad del láser DFB, pero permanece por debajo de los 80 kHz a 900 mA.
Cuando la corriente DFB se establece en 1 A, la potencia de salida es de aproximadamente 300 mW. El MOPA alcanza una potencia de salida máxima superior a 480 mW con una corriente SOA de aproximadamente 1.65 A. La estructura tiene un buen rendimiento térmico y la longitud de onda de la parte láser es muy estable cuando la corriente SOA es de hasta 1.5 A.
- En el caso de los láseres de puntos cuánticos, la mayor parte de la investigación se basa en láseres FP y el rendimiento DFB obtenido es muy deficiente. Sin embargo, la potencia DFB y el ancho de línea demostrados por Innolume esta vez no son malos.
Innolume informó que el ancho de línea FWHM de los láseres DFB QD InAs/GaAs de banda O es tan bajo como 92 kHz (la parte de Lorentz es tan baja como 6 kHz). La potencia de salida del láser después del encapsulado alcanza los 90 mW a 600 mA. Se estima que la resistencia térmica del láser es de 28 (K/W)·mm.
Las principales mejoras son:
1) La cavidad del láser se amplió a 4 mm para aumentar el factor q de la cavidad.
2) El diseño de la rejilla aumenta el coeficiente de acoplamiento de la rejilla kL a 2 y está optimizado para reducir la desafinación de pico del medio de ganancia a 25 °C.
3) Al ampliar la guía de ondas asimétrica, el ángulo de divergencia del eje rápido se reduce de 35 grados a 28 grados.
Se utilizan dos métodos para probar el ancho de línea correspondiente en condiciones de alta y baja potencia.
A baja potencia de 10 mW, los anchos de línea se midieron utilizando una técnica autoheterodina y se encontró que eran 30 kHz y 75 kHz para las líneas de Lorentz y Gauss, respectivamente.
En el caso de potencias elevadas que no se pueden describir de forma fiable mediante la función de Voigt, el ruido óptico de fase-frecuencia se mide directamente, ya que el perfil de la línea láser está determinado por el espectro de ruido de frecuencia. Cuando la potencia óptica aumenta de 10 mW a 75 mW, la fórmula muestra que el ancho de línea de Lorentz disminuye de 30 kHz a 6 kHz.