什么是分布式布拉格反射器（DBR）激光器？

分布式布拉格反射器（DBR）激光器是一种以p-n结为活性介质的半导体激光器，在活性区域的每一侧都含有一个或两个布拉格反射器。布拉格反射器是作为镜子或末端反射器的光栅，其反射率在某一特定波长上得到优化，它缩小了激光线宽。在DBR中，光栅位于有源区之外，那里没有电流流动。DBR激光器的发射波长通常可以从700纳米到4000纳米，这取决于具体的设计和预期的应用。它们通常有几百毫瓦的输出功率，以单TEM00模式工作。它们适合于拉曼光谱的应用，因为它们的发射线宽小于4MHz。这些激光器被广泛用于电信、传感和科学研究的应用。

分布式布拉格反射器激光器的原理图见图1。

通过改变电流或温度，DBR可以在大约2纳米的范围内连续调谐。这些激光器非常稳定，噪音也很低。DBR激光器使用高反射率的表面光栅和高指数对比。它们具有较低的缺陷水平，因而具有较高的功率和更好的稳定性。

DBR激光器的原理

DBR激光器是基于分布式反馈的原理，反馈机制是由利用激光器有源区的折射率的周期性变化形成的波纹结构提供。这种周期性的变化是通过交替使用两种不同折射率的材料层来实现的。最常用于DBR激光器的材料是GaAs和AlGaAs。

DBR结构位于有源区的两侧，它作为激光的高度反射镜。当对该装置施加偏置电压时，电子和空穴被注入增益介质，导致在腔内发生共振的光子发射。然后，布拉格反射器有选择地将光反射回腔内，形成一个正反馈回路，放大了激光发射并导致了激光作用。

DBR激光器的结构

DBR激光器的结构由三个主要区域组成：活性区、DBR镜区和波导区。

有源区包含一个量子阱或量子点结构，它提供发光所需的增益。该区域通常位于DBR激光器结构的中心，被DBR镜区所包围。

DBR镜区是由多层具有不同折射率的两种不同的半导体材料组成，以周期性结构排列。该结构的周期性被设计用于反射特定的波长范围，这决定了激光器的发射波长。DBR镜区作为高反射镜，通过活性区域来回反射激光，形成一个反馈机制，使激光振荡。

波导区位于有源区和DBR镜区之间。它作为一种引导结构，将激光限制在有源区内。波导区通常是一个单层的半导体材料，其折射率低于DBR镜区。

分布式布拉格反射器（DBR）激光器的优点

窄线宽
高输出功率
低阈值电流
DBR激光器的劣势

最大输出功率被限制在150 mW左右 
 

DBR激光器的应用

DBR激光器在不同领域有许多应用。DBR激光器最重要的应用之一是在电信领域。DBR激光器被用作光纤通信系统的光源，可以实现远距离的高速数据传输。DBR激光器还被用于波分复用（WDM）系统，即在一根光纤上使用不同波长传输多个信号。

DBR激光器的另一个重要应用是在传感方面。DBR激光器可作为高分辨率光谱学和传感工具，用于检测和测量各种物理和化学参数，如温度、压力和气体浓度。DBR激光器还可作为光学生物传感器用于医疗诊断和药物发现。

这些激光器在科学研究中也有应用。它们被用于激光冷却实验，将原子或分子冷却和捕获到接近绝对零度的温度。它们还被用于量子信息处理实验，以产生和操纵光子和原子的纠缠状态。