업계에서 DFB에 대한 진전이 많지는 않지만, DFB에 대한 추가 연구는 중단되지 않습니다. 오늘은 DFB에 대한 최신 연구 몇 가지를 소개합니다.
- 표면 방출 DFB는 주로 단거리 애플리케이션에 사용됩니다. 단일 모드와 쉬운 커플링을 자랑합니다.
HUST는 표면 격자를 갖춘 단일 모드 표면 방출 DFB 레이저를 개발했습니다. 에칭된 영역에 위상 이동을 도입함으로써 레이저의 출력 전력은 2mW에 도달하고 SMSR은 46dB이며 격자 결합 계수는 560cm-1이며 경사 효율은 0.3W/A입니다.
수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)는 수백 미터를 초과하는 단거리 링크 네트워크에서 널리 사용됩니다. 하이퍼스케일 데이터 센터는 더 높은 대역폭과 더 긴 거리 전송 기능을 갖춘 단일 모드 전송 시스템을 선호합니다. 단일 모드 VCSEL에 필요한 산화물 조리개 크기는 일반적으로 5μm 미만으로 제조 및 신뢰성 문제가 있습니다. 표면 방출을 달성하기 위해 수직 공동 대신 수평 공동을 사용하는 단일 모드 표면 방출 DFB 레이저 구조를 제안합니다. 레이저 광학 피드백은 XNUMX차 격자를 사용하고 표면 방출은 XNUMX차 격자를 사용하여 달성됩니다.
높은 격자 결합 계수를 얻기 위해 얕은 릿지 도파관 구조와 SOG로 채워진 얕게 에칭된 표면 격자가 사용됩니다.
저항과 광자 흡수 손실을 줄이기 위해 NIP 구조를 채택하고, 터널 접합을 기판에 도입하여 전류 주입을 실현했습니다.
능선 도파관 아래 영역에는 대면적 직사각형 산화 구멍이 설계되어 전류 주입을 제한합니다.
단일모드 표면방출 DFB 레이저의 3차원 다이어그램
공진 공동의 중심(4차 격자)에 광자를 집중시켜 회절 출력을 개선하기 위해 4차 격자에 λ/40 위상 이동 위치를 설계합니다. 80차 격자에서 λ/XNUMX 위상 이동의 위치는 XNUMX차 격자의 회절 특성에 영향을 미치며, 그림과 같이 두 개의 구조가 설계됩니다. 더 높은 격자 결합 계수를 얻기 위해 AlGaAs 상부 클래딩을 최적화하고 SOG 충진 격자를 사용합니다. 레이저의 활성 영역 길이는 XNUMXμm이고 두 개의 DBR 미러는 XNUMXμm입니다.
SEM 사진
5차 격자의 개수가 4일 때, 0.06차 격자의 비식각 영역에서 λ/4 위상 변이 레이저의 경사 효율은 약 0.2 W/A이고, 반면 XNUMX차 격자의 식각 영역에서 λ/XNUMX 위상 변이 레이저의 경사 효율은 약 XNUMX W/A이다.
9차 격자의 개수가 4일 때, 0.3차 격자 에칭 영역에서 λ/2.1 위상 편이 레이저의 경사 효율은 약 XNUMX W/A이다. 레이저의 임계 전류는 약 XNUMX mA이다.
앞으로 하부 DBR 반사경을 사용하면 출력 전력과 경사 효율이 두 배가 됩니다. 주입 전류가 3mA보다 클 때 레이저는 25°C에서 안정적인 단일 모드 출력을 가지며 SMSR은 46dB보다 큽니다.
제작된 레이저의 LIV 곡선 및 출력 스펙트럼 대 주입 전류
- PPR 효과를 더 활용하여 DML 대역폭을 53GHz로 늘립니다. 이 기능은 PPR 안정성을 보장하도록 최적화되었으며, DFB 어레이는 단거리 LAN-WDM에 사용할 수 있습니다.
NTT는 파장 분할 다중화(WDM) 단거리 상호 연결에서 광자-광자 공명(PPR) 효과를 활용하는 최초의 DML 어레이를 제안했습니다. SiO8/Si의 2채널 LAN-WDM 박막 레이저 어레이는 106km에서 2GBaud NRZ로 전송하며 에너지 소비량은 ~154fJ/비트입니다.
DML 대역폭은 멤브레인 캐비티 설계에 PPR 효과를 도입하여 증가시킵니다. 어려움은 PPR의 안정성에 있습니다. DBR 반사기는 길이가 200μm이고 80μm 길이의 DFB에 연결되어 필터링을 통해 단일 모드 작동을 달성합니다. 격자 설계를 최적화함으로써 구조는 레이저 어레이의 여러 채널에 걸쳐 충분한 PPR 안정성을 갖습니다.
어레이의 각 8λ 채널의 세 섹션 모두의 브래그 파장을 동시에 변경하여 LAN-WDM에 적합한 5nm 파장 그리드를 얻습니다. 이는 각 채널의 모든 섹션의 격자 간격을 조정하여 달성됩니다. 모든 레이저의 최대 파이버 결합 출력 전력은 0dBm보다 크고 파장 간격은 약 5nm입니다. LI 다이어그램의 꼬임은 사이드 모드 호핑 및 DBR 필터링 효과로 인해 발생합니다.
레이저 어레이 구조 (a) 및 (b) 및 정적 특성: (c) LlV 및 (d) 레이저 스펙트럼
50°C 및 7~12.1mA 바이어스 전류에서 모든 채널의 6dB 대역폭은 53.5GHz보다 크고 PPR 주파수는 40~50GHz 사이입니다. 채널 #8의 응답에서 두 개의 PPR 주파수를 볼 수 있는데, 이는 사용된 비교적 높은 격자 결합 계수(600~750cm-1)로 인해 발생합니다.
50℃에서의 EO 반응
레이저는 1~1.3 Vpp에서 직접 구동됩니다. 모든 채널의 비트 오류율은 6.25° 백투백(BTB) 및 50km 이상 전송에서 2% 미만의 헤더 하드 결정 전방 오류 정정(HD FEC)을 달성할 수 있으며, 람다당 99.375Gbps의 순 데이터 속도와 795Gbps의 총 데이터 속도를 달성할 수 있습니다. BTB 및 2km 케이스의 성능 차이는 무시할 수 있습니다.
- 고출력 DFB 광원은 실리콘 광자 광원에 사용할 수 있습니다. 주요 특징은 SCOW 구조로, 유사한 구조보다 전력이 더 강하고 전체 온도 작동을 지원합니다.
III-VLab은 매립형 리지 슬래브 결합 광 도파관을 사용하여 고출력 DFB 레이저와 MOPA를 설계합니다. 이 장치는 SCOW를 기반으로 하며 반절연 매립형 이종 구조 기술(SIBH)을 채택합니다. MQW는 GaInAsP 압축 변형 우물과 AlGaInAsP 5진 인장 변형 장벽으로 구성됩니다.
DFB 레이저는 2mm 길이입니다. MOPA의 레이저 부분은 1.5mm 길이이고, SOA 부분은 2.5mm 길이이며, 출력에는 500um 베셀 굽힘이 있고, 도파관 각도는 7°입니다.
DFB가 1A일 때 최대 출력 전력은 148°C에서 85mW, 333°C에서 25mW입니다. 2mm 길이의 DFB 레이저에 대한 열 저항은 약 6.6K/W입니다. 300mA에서 시작하여 RIN의 최대값은 -160dB/Hz 미만입니다. 최소 선폭은 30mA에서 200kHz 미만입니다. 전류가 더 크면 DFB 레이저 캐비티의 세로 공간을 따라 홀이 타면서 선폭이 증가하지만 80mA에서는 900kHz 미만으로 유지됩니다.
DFB 전류를 1A로 설정하면 출력 전력은 약 300mW입니다. MOPA는 약 480A의 SOA 전류에서 1.65mW보다 큰 최대 출력 전력을 달성합니다. 구조는 열 성능이 좋으며 SOA 전류가 최대 1.5A일 때 레이저 부분의 파장은 매우 안정적입니다.
- 양자점 레이저의 경우, 대부분의 연구는 FP 레이저를 기반으로 하고 있으며, 생산된 DFB 성능은 매우 형편없습니다. 그러나 이번에 이노루메가 보여준 DFB 파워와 선폭은 나쁘지 않습니다.
이노루메는 O-밴드 InAs/GaAs QD DFB 레이저의 선폭 FWHM이 92kHz(로렌츠 부분은 6kHz)로 낮다고 보고했습니다. 패키징 후 레이저 출력 전력은 90mW@600mA에 도달합니다. 레이저 열 저항은 28(K/W)·mm로 추정됩니다.
주요 개선 사항은 다음과 같습니다.
1) 레이저 공동은 공동 q 인자를 증가시키기 위해 4mm로 확장되었습니다.
2) 격자 설계는 격자 결합 계수 kL을 2로 증가시키고 25°C에서 이득 매질의 피크 디튜닝을 줄이도록 최적화되었습니다.
3) 비대칭 도파관을 넓히면 빠른 축 발산 각도가 35도에서 28도로 줄어듭니다.
높은 전력과 낮은 전력 조건에서 해당 선폭을 테스트하기 위해 두 가지 방법이 사용됩니다.
10mW의 낮은 전력에서 선폭은 셀프 헤테로다인 기술을 사용하여 측정되었으며 로렌츠 및 가우시안 선의 경우 각각 30kHz와 75kHz인 것으로 나타났습니다.
Voigt 함수로 확실하게 설명할 수 없는 고출력에서는 레이저 라인 프로파일이 주파수 노이즈 스펙트럼에 의해 결정되기 때문에 광학 위상-주파수 노이즈를 직접 측정합니다. 광학 출력이 10mw에서 75mw로 증가하면 로렌츠 선폭이 30khz에서 6khz로 감소하는 것을 공식에서 보여줍니다.