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技術文章
更新時間：2024-05-16
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l 氣體分析檢測
l FMCW車載激光雷達
l 超高帶寬光纖通信等領域
簡單講，DM離散模半導體激光器與DFB分布反饋式單縱模半導體激光器類似，都是在F-P法布里-波羅半導體激光器的基礎上進行二次加工，從而實現單縱模輸出。而DM離散模半導體激光器性能更出色，更適合大批量工業生產，也正因為Eblana Photonics公司擁有離散模半導體激光器大規模工業量產的能力，在提供實現性能更高單縱模激光器的同時把售價做到比競品更低。
圖1. 在F-P半導體脊波導上做刻蝕工藝
請參考（如圖1.）這是一個標準的F-P半導體激光器，Eblana Photonics公司擁有這種離散模半導體激光器制備工藝，是在F-P半導體激光器脊波導上一系列特定的位置，刻蝕上特定間距和深度的溝槽（如圖2）。
圖2.電子顯微鏡下離散模激光溝槽的形貌
這一系列溝槽結構導致的激光介質折射率變化會干擾激光在F-P諧振腔內的傳輸模式，從而導致不同波長激光在諧振腔內的增益/衰減系數不同。舉個例子，（如圖3所示，標準F-P半導體激光器的輸出包含多個縱模）
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圖3.F-P半導體激光器譜線輸出（多縱模）
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圖4 溝槽結構實現單一縱模高增益
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如前言，Eblana Photonics蝕刻出上述溝槽結構后，干擾并抑制了F-P激光器的幾乎所有縱模，而留下特定的一個縱模實現不受干擾的高增益（如圖4）。從而獲得了理想的單縱模窄線寬半導體激光輸出（如圖5）。
圖5.離散模半導體激光器是實現的單縱模輸出
我們把此種工藝加工出的半導體激光器稱之為離散模半導體激光器DM(Discrete mode diode laser)。
圖6. a.激光腔鏡間衰減系數曲線，b.離散模半導體激光器實現單縱模輸出
為了讓讀者理解方便起見，我們把上述三個曲線合在一個圖內（如圖6），圖6a,刻蝕溝槽結構后在不同波長下F-P激光腔鏡間衰減系數曲線，多數波長點高衰減系數達到的結果是把圖6右F-P半導體激光器的多數縱模成功抑制，而只留下圖6b所示單獨一個離散的縱模形成不受影響的單縱模輸出，且能保持很好的邊模抑制比(如圖約45dB）。 這種制備工藝有一個重大好處是無需再次引入半導體外延生長工藝，在提升產品性能的同時經濟性佳。
由于離散模工藝結構在內部就抑制了邊模的增益，帶來的另外一個好處是可以做到寬范圍波長調諧下無跳模，（如圖7和圖8，）
圖7. DMLD離散模半導體激光器在不同溫度下的輸出光譜，可見變溫條件下仍保持單模輸出且邊模抑制比好于40db
圖8.DMLD離散模半導體激光器在0-100度寬范圍調溫調諧波長1542-1553nm
離散模工藝結構還可以抑制反饋回F-P激光腔鏡內的激光干擾，帶來的好處是允許客戶使用規格更低的光隔離器，甚至往往不加光隔離器也可以正常工作。（如圖9）可見，和DFB分布反饋式半導體激光相比，同樣用于光纖通信應用，在同等情況下，如果希望達到同等的BER 1.E-8（即百萬分之一的比特誤碼率），DM離散模半導體激光器可允許高達-20dBm的反饋激光，而DFB分布反饋式半導體激光器只能允許-30dBm的反饋干擾激光強度。
圖9. DM離散半導體激光器與DFB分布反饋半導體激光器對反饋干擾強度的允許度
DM離散模半導體激光器比較DFB分布反饋半導體激光器的另外一個好處是可提供更窄的輸出線寬，（如圖10）相對于同等DFB分布反饋半導體激光器10MHz以上的線寬，DM離散模半導體激光器可提供大致100kHz左右的激光輸出線寬。
圖10. DM離散半導體激光器與DFB分布反饋半導體激光器的線寬更窄
小結一下，愛爾蘭Eblana Photonics公司離散模半導體激光器DM(Discrete mode diode laser)，其優點是：
l 穩定的單縱模輸出
l 可提供更窄的線寬
l 超寬的工作溫度適應范圍
l 在有強光反饋的情況下仍能穩定工作
l 制造工藝簡單可靠，產量高且交期短
l 容易集成
l 低價格
下面簡單介紹一下Eblana Photonics離散模半導體激光器的一些典型應用：
氣體分析檢測：
TDLAS（可調諧二極管激光吸收光譜）是利用可調諧的窄線寬半導體激光器線寬窄與可調諧的優點，將激光器的發射峰嚴格調諧到待測氣體的吸收峰上，實現高精度，抗干擾，在線式的氣體濃度檢測。
Eblana Photonics離散模半導體激光器特點：
l 窄線寬，穩定的單縱模輸出
l 可達2nm以上的無跳模波長調諧
l 容易集成，產量高，交期短，價格低
l 寬工作溫度適應范圍，耐光反饋
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CO一氧化碳檢測2327nm |
圖11. DM離散半導體激光器典型波長與對應氣體吸收峰位
激光雷達：
Eblana Photonics離散模半導體激光器在1550nm人眼安全波段可用于激光雷達應用。其激光線寬可窄到100kHz,適合應用于激光多普勒測速應用。另外由于可做寬范圍無跳模波長調諧，適合于高端的FMCW調頻連續波車載激光雷達應用。需要提及的是離散模半導體激光器輸出功率是mW級別，適合于做種子光源；需要在后續附加光纖放大器以達到瓦量級的輸出功率。
超高帶寬光纖通信：
在光纖通訊應用里面，激光的線寬越窄，可供使用的信道帶寬就越寬。 Eblana Photonics的離散模半導體激光器制造工藝簡單可靠，產量高且交期短，耐受嚴酷使用環境，非常適合于產業化的超高帶寬光纖通信
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