分布式布拉格反射器激光器的原理与应用

本文介绍了分布式布拉格反射器（DBR）激光器的工作原理、类型以及应用，探讨了DBR激光二极管的特点和调谐方式，以及DBR光纤激光器的潜力和设计。

目录

1. DBR激光器简介
2. DBR激光二极管
3. DBR激光二极管的应用
4. DBR光纤激光器

DBR激光器简介

分布式布拉格反射器激光器（DBR激光器）是一种特殊类型的激光器，其激光谐振腔至少包括一个位于增益介质（活性区域）之外的分布式布拉格反射器（DBR）。DBR是一种基于布拉格反射的周期性结构的光反射装置（镜子）。在大多数情况下，布拉格镜特指四分之一波长镜，它能够为给定数量的层提供最大量的反射。

DBR激光二极管

DBR激光二极管包含一些波纹波导结构（光栅部分），提供波长依赖的反馈以确定发射波长。激光波导的另一部分充当放大介质（活性区域），谐振腔的另一端可能有另一个DBR。

DBR激光二极管通常是单频激光器，输出为衍射极限，并且它们通常是可调谐的（→ 可调谐激光器）。通过一个独立的相位部分可以在激光谐振腔的自由光谱范围内进行调谐，这个部分可以例如通过电加热来实现，或者仅仅通过改变驱动电流来改变增益区域的温度。如果改变整个设备的温度，波长响应会比普通单模激光二极管小得多，因为光栅的反射带移动得比增益最大值小。也可以实现电光调谐。通过协调调谐布拉格光栅和增益结构，可以实现在更大波长区域内无模式跳变的调谐。

DBR二极管的线宽通常是几兆赫。由于激光谐振腔相对较短，其线宽比如外腔二极管激光器的线宽更大。

在MOPA结构中，一个额外的放大器部分（半导体光放大器）被放置在同一半导体芯片上。实际上的DBR激光器则是种子激光器。这样的设备可以实现远超100毫瓦的输出功率。也可以直接使用具有表面布拉格光栅的宽区域激光二极管（> 10 W）产生高功率，尽管发射可能不再是单模的，但仍具有相对较小的带宽。

DBR激光二极管的应用

DBR激光二极管的应用包括光纤通信、自由空间光通信、激光冷却、光学计量和传感器以及高分辨率激光光谱学。DBR激光器实际上与外腔二极管激光器（ECDLs）竞争，后者也提供可调谐的单频输出，潜在性能更佳，例如在噪声方面，但也需要更复杂的设置。含有DBR激光器阵列的芯片可以作为波分复用系统中非常紧凑的光源。

DBR光纤激光器

DBR型光纤激光器通常具有由两个光纤布拉格光栅之间的活性（稀土掺杂）光纤形成的线性激光谐振腔。与只包含单个光栅和激光增益光纤的光纤DFB激光器相比，DBR光纤激光器具有更长的激光谐振腔，因此具有更高的输出功率、更高的功率效率和更窄的线宽潜力。另一方面，这也可能导致单频运行的鲁棒性降低，或者导致多模运行，相应的发射带宽大得多。单频DBR光纤激光器提供的输出功率与DBR激光二极管相似：数十毫瓦或有时> 100毫瓦。

如DBR激光二极管部分所述的采样光栅设计也可以用于DBR光纤激光器。同样，可实现的调谐范围宽度可以达到数十纳米。