Лазер с распределенным брэгговским отражателем (dbr)
DBR-лазер — лазер с распределенным брэгговским отражателем — изготавливается из двух или больше секций и использует по крайней мере, одну активную область (усилительную полость) и одну пассивную область, как показано на рис.9.
Как показано на этом рисунке, пассивная область содержит дифракционную решетку. Каждый конец лазерной полости имеет отражающую поверхность. Длина волны лазера настраивается путем изменения пассивной
области для того, чтобы изменить показатель преломления. Различие DFB-лазера и DBR-лазера в том, что активная область и область, где находится
решетка, отделены друг от друга в DBR-лазере, тогда как в DFB-лазере эти
области объединены.
Рис.9. Схема лазера с распределенным брэгговским отражателем.
Диапазон настройки DBR-лазера равен примерно 40 нм, он настраивается очень быстро. Одним из его недостатков является то, что эта схема может быть ограничена током насыщения. Другим недостатком является трудность управления длиной оптического пути между двумя отражателями на концах полости. В результате может возникнуть нестабильность или уширение линии.
DBR-лазеры с выбранными решетками (SG-DBR)
SG-DBR-лазер является настраиваемым лазером, который использует
отражательные дифракционные решетки на каждом конце полости для создания гребенчатого спектра резонансной характеристики. Учитывая, что
решетки, выбранные для фронта и тыла полости, имеют несколько отличающиеся шаги нарезки, их гребенчатые спектры также имеют несколько отличающиеся позиции модовых пиков. Изменяя ток в секциях этих двух решеток можно выровнять две гребенки так, чтобы получить нужную длину волны.
Для улучшения стабильности моды и уменьшения шума, требуется еще один контакт, позволяющий подстроить фазу. При этом допускается существование целого числа полуволн. Когда длина волны меняется, то кажется, что лазер «прыгает» с одной волны на другую.
SG-DBR-лазеры имеют широкий диапазон настройки. Однако они становятся все более сложными и страдают тем, что имеют низкую выходную
мощность и широкую спектральную линию. Производство таких устройств
очень сложно.
Vcsel-лазеры
VCSEL-лазеры — лазеры с вертикальной полостью и излучающей
поверхностью — описаны в разд. 4.3.5. Они имеют несколько преимуществ
при использовании как настраиваемые лазеры. Их спектральная линия излучения узкая, они демонстрируют низкое потребление мощности и могут быть использованы для непрерывной настройки без перескакивания мод. Их принципиальный недостаток — ограниченная выходная мощность. Нужно заметить, что низкая выходная мощность — основная особенность этих лазеров, обусловленная конструкцией. Благодаря этому ограничению можно поддерживать одну пространственную моду в качестве рабочей, используя очень небольшую активную область.
Лазеры с внешней резонаторной полостью
ECL-лазеры — лазеры с внешней резонаторной полостью - имеют
характерную соответствующую названию конструкцию. Используя внешнюю резонаторную полость, можно осуществлять настройку длины волны лазера механически за счет настройки самой полости. Другие возможности такие же, как у других типов лазеров — за счет изменения тока или температуры полупроводникового материала.
На рис.10. приведена схема ECL-лазера на основе дифракционной решетки, построенная с использованием конфигурации полости, предложенной Литманом—Меткалфом (Littman-Metcalf). Такой лазер фактически повторяет схему ЛД с резонатором Фабри-Перо. Лазер состоит из отдельно изготовленных усилительной среды и внешнего резонатора. Сам же резонатор собран из отдельно изготовленных оптических узлов, таких как дифракционная решетка и зеркало, интегрируемых на определенном шаге сборки. Для настройки достаточно приложить напряжение к приводу MEMS (микроэлектромеханической системы), который вращает зеркало так, чтобы лазерный диод захватил определенную дифрагирующую волну. Фактическая длина волны на выходе лазера определяется совокупностью факторов: полосы усиления диода, дисперсией дифракционной решетки и структурой мод внешнего резонатора.
Рис.10. Настраиваемый лазер с внешним резонатором. Обратите
внимание, что вращение зеркала на приводе MEMS объединяется с
усилительной средой лазерной ИС и дифракционной решеткой, для того
чтобы поймать единственную длину волны, направленную обратно к
лазерной ИС. Эта схема и формирует настраиваемый лазер с внешним
резонатором.
ECL-лазеры имеют много привлекательных, для использования в опти-
ческих сетях и оптических мультиплексорах ввода-вывода, характеристик.
Они имеют возможность непрерывной настройки в интересующем нас диапазоне и демонстрируют узкую полосу спектральной линии, с малым шумом и высокой стабильностью. У них не наблюдаются «скачки» мод, как это происходит, например, у DBR-лазеров. Они также имеют относительно высокий уровень выходной мощности. Их недостаток — большие размеры и стоимость. Они не чувствительны к ударам и другим воздействиям окружающей среды.
Использование технологии MEMS устранило многие недостатки. Например, использование MEMS при конструировании оптических элементов, которые стали умещаться на стандартной карте (плате) передатчика, сделало цену ЕСL-лазеров более привлекательной. Утверждается, что одной из ключевых технологий в развитии ECL-лазеров на основе MEMS является технология глубокого травления реактивными ионами (DRIE), используемая при производстве приводов MEMS. Эта технология позволяет производить надежную и привлекательную по цене продукцию жестких механических структур привода. Они обеспечивают надлежащее усилие для высокоскоростного и высокоточного перемещения оптических элементов в широком линейном и угловом диапазонах. Приводы MEMS в результате дешевы, достаточно точны и нечувствительны к ударам, вибрации, температурным изменениям или медленным изменениям характеристик.
Эти же самые приборы могут быть реконфигурированы так, чтобы
сформировать настраиваемые приемники, контроллеры поляризации, оптические мониторы, переменные аттенюаторы, оптические переключатели и настраиваемые фильтры. Типичный ECL-лазер на основе MEMS, использующий технологию DRIE, имеет выходную мощность порядка 10 мвт и диапазон настройки 13 нм. Эти устройства могут иметь также 20 мвт мощности на выходе и перекрывать диапазон перестройки порядка 40 нм.
В табл. 4. проведено сравнение пяти типов настраиваемых лазеров, учитывая их достоинства и недостатки.
Таблица 4. Сравнительные характеристики настраиваемых лазеров.
