لیزر بازخورد توزیع شده

لیزر بازخورد توزیع شده (DFB) نوعی دیود لیزر ، لیزر آبشار کوانتومی یا لیزر فیبر نوری است که در آن منطقه فعال دستگاه شامل یک عنصر با ساختار منظم یا گریتینگ پراش است. این ساختار یک گریتینگ تداخل یک بعدی (پراکندگی Bragg) ایجاد می کند و گریتینگ بازخورد نوری برای لیزر را فراهم می کند. این گریتینگ پراش طولی دارای تغییرات دوره ای در ضریب شکست است که باعث بازتاب در حفره می شود. تغییر دوره ای می تواند در قسمت واقعی ضریب شکست باشد ، یا در قسمت خیالی (افزایش یا جذب).   قوی ترین گریتینگ به ترتیب اول کار می کند - جایی که تناوب یک نیمه موج باشد و نور به عقب منعکس شود. لیزرهای DFB بسیار پایدارتر از لیزرهای Fabry-Perot یا DBR هستند و در مواردی که به عملیات تک حالته تمیز نیاز است ، بخصوص در ارتباطات از راه دور فیبر نوری با سرعت بالا ، از آنها استفاده می شود. لیزرهای نیمه هادی DFB در کمترین پنجره از دست دادن فیبرهای نوری با طول موج 1.55 امپ ، تقویت شده توسط تقویت کننده های الیاف دوپ شده اربیوم (EDFAs) ، بازار ارتباطات از راه دور را در اختیار دارند ، در حالی که لیزرهای DFB در پایین ترین پنجره پراکنده با 1.3 آمپر در کوتاه تر استفاده می شوند فاصله ها.

ساده ترین نوع لیزر لیزر Fabry-Perot است که در آن دو بازتابنده باند پهن در دو انتهای حفره نوری لیزر وجود دارد. نور بین این دو آینه به عقب و جلو برمی گردد و حالت های طولی یا امواج ایستاده را تشکیل می دهد. بازتابنده عقب به طور کلی بازتاب زیادی دارد و آینه جلو بازتاب کمتری دارد. سپس نور از آینه جلو نشت کرده و خروجی دیود لیزر را تشکیل می دهد. از آنجا که آینه ها باند وسیعی دارند و طول موج های بسیاری را منعکس می کنند ، لیزر از چندین حالت طولی یا امواج ایستاده به طور همزمان و چند حالته با لیزر پشتیبانی می کند یا به راحتی بین حالت های طولی می پرد. اگر دمای لیزر نیمه هادی Fabry-Perot تغییر کند ، طول موج هایی که توسط محیط لیزر تقویت می شوند به سرعت تغییر می کنند. در عین حال ، حالتهای طولی لیزر نیز متفاوت است ، زیرا ضریب شکست نیز تابعی از دما است. این امر باعث می شود که طیف ناپایدار و به شدت به دما وابسته باشد. در طول موج های مهم 1.55um و 1.3um ، اوج افزایش معمولاً با افزایش دما حدود 0.4nm به طول موج های طولانی تر منتقل می شود ، در حالی که حالت های طولی حدود 0.1nm به طول موج های طولانی تر تغییر می کنند.

اگر یکی یا هر دوی این آینه های انتهایی با گریتینگ پراش جایگزین شوند ، ساختار به عنوان لیزر DBR (بازتابنده توزیع شده Bragg) شناخته می شود. این آینه های توری پراش طولی نور پشت در حفره را منعکس می کنند ، بسیار شبیه به یک پوشش آینه ای چند لایه. آینه های توری پراش تمایل دارند که باریک تری از طول موج را نسبت به آینه های انتهایی عادی منعکس کنند ، و این تعداد امواج ایستاده را که می تواند با افزایش حفره پشتیبانی شود ، محدود می کند. بنابراین لیزرهای DBR از نظر طیفی پایدارتر از لیزرهای Fabry-Perot با پوشش باند پهن هستند. با این وجود ، با تغییر دما یا جریان در لیزر ، دستگاه می تواند "حالت-هاپ" را از یک موج ایستاده به موج دیگر بپرد. تغییرات کلی با دما اما با لیزرهای DBR کمتر است زیرا آینه ها مشخص می کنند که کدام حالت های طولی لاز می شوند ، و آنها با ضریب شکست و نه اوج افزایش جابجا می شوند.

در لیزر DFB ، گریتینگ و بازتاب به طور کلی در امتداد حفره به جای اینکه فقط در دو انتها باشد ، مداوم است. این امر باعث تغییر قابل ملاحظه رفتار معین و پایداری لیزر می شود. طرح های مختلفی از لیزرهای DFB وجود دارد که هرکدام دارای خصوصیات کمی متفاوت هستند.

اگر گریتینگ به صورت دوره ای و مداوم باشد و انتهای لیزر با پوشش ضد انعکاس (AR / AR) پوشانده شده باشد ، بنابراین هیچ بازخورد دیگری به غیر از گریتینگ وجود ندارد ، پس چنین ساختاری از دو حالت طولی (تحلیل رفته) پشتیبانی می کند و تقریبا همیشه در دو طول موج لیز می شود. بدیهی است که لیزر دو حالته به طور کلی مطلوب نیست. بنابراین روش های مختلفی برای شکستن این "انحطاط" وجود دارد.

اولین مورد با القای تغییر یک چهارم موج در حفره است. این تغییر فاز مانند یک "نقص" عمل می کند و در مرکز پهنای باند بازتابنده یا "باند توقف" طنین ایجاد می کند. سپس لیزر از این تشدید لیز می شود و به شدت پایدار است. با تغییر دما و جریان ، گریتینگ و حفره با هم تغییر می کنند و نرخ پایین ضریب شکست تغییر می کند ، و هیچ حالت هاپ وجود ندارد. با این حال ، نور از هر دو طرف لیزر ساطع می شود و به طور کلی نور از یک طرف هدر می رود. بعلاوه ، دستیابی به ایجاد تغییر دقیق یک چهارم موج از نظر فنی دشوار است و اغلب به لیتوگرافی پرتوی الکترونی که مستقیماً نوشته شده است ، نیاز دارد. اغلب ، به جای یک تغییر فاز یک ربع موج در مرکز حفره ، چندین تغییر کوچکتر در حفره در مکان های مختلف توزیع می شود که حالت را به صورت طولی پخش می کنند و قدرت خروجی بیشتری دارند.

یک روش جایگزین برای شکستن این انحطاط ، پوشاندن انتهای پشت لیزر در بازتابندگی بالا (HR) است.