DFB激光器

製造工藝　DFB晶元的製作工藝非常複雜，體現了半導體產品在生產製造上的最複雜程度，下表是DFB激光器的主要生產工藝流程（從材料生長到封裝的整個過程）：

DFB晶元結構設計　DFB晶元大小：如下圖，晶元大小可以在成人大拇指上形象地看出來。

DFB晶元設計：晶元分為P極和N極，當注入p-n結的電流較低時，只有自發輻射產生，隨電流值的增大增益也增大，達閾值電流時，p-n結產生激光。其注入電流方向和激光發射示意圖如下：

一、光纖通訊

通訊是DFB的主要應用，如1310nm，1550nm DFB激光器的應用，這裡主要介紹非通訊波段DFB激光器的應用。

二、可調諧半導體激光吸收光譜技術（TDLAS）

a) 過程式控制制 (HCl, O …)

b) 火災預警 (CO/CO2 ratio)

c) 成分檢測 (moisture in natural gas)

d) 醫療應用 (blood sugar, breath gas, helicobacter)

e) 大氣測量 (isotope composition of HO, O, CO)

f) 泄漏檢查 (Methane)

g) 安全 (HS, HF)

h) 環境測量 (Ozone, Methane)

i) 科研 (Mars and space missions)

j) …

三、原子光譜學應用

k) 原子鐘 (GALILEO, chip scale atomic clock)

l) 磁力計 (SERF)

m) ...

四、新興市場

a) 精密測量 (Ellipsometry, 3D vision)

b) 夜視儀

c) 同位素監測 (distinction of 235UHF / 238UHF)

d) …

下表是DFB一些主要波長在激光氣體分析、原子鐘應用、Nd：YAG激光器種子源等領域上的應用：

下圖是Harvard所研究的Hitran資料庫在750-3500nm之間的光譜吸收圖，可以作為大部分氣體分析的數據參考：

1．用於發電站 · 嚴格監控各氣體的成分比率：HO, O, CO, CO, NH, NO等；

· 實現更快更有效的燃燒；

· 減少污染物的排放，減小能耗。

2．用於過程式控制制

· 監測HCl 的濃度，優化PVC材料的生產；

· 監測燃燒室中 O, CO, CO 的濃度，控制鋼鐵的熔煉過程。

3．用於管道檢測

天然氣管道成分、泄漏檢測。

4．用於太空研究

比如用於NASA實驗室，俄羅斯航天局等。

當前，DFB激光器晶元技術基本上由德國、美國、日本等發達國家掌握，比如德國Nanoplus、Sacher、Eagleyard、Toptica公司，美國Thorlabs、EM4、Power Technology、Sarnoff公司，日本NTT、Oclaro等公司。廠商非常多，但能夠實現商業化生產的廠家並不多，主要有Nanoplus、Eagleyard、NTT、Thorlabs等幾家公司。

目前國內還沒有成熟的DFB晶元生產技術，由於成品率低基本上沒有形成商業化，國內生產的DFB激光器主要是基於對國外晶元的封裝生產，主要表現為對通訊波段的生產和應用。

DFB激光器的發展方向是，更寬的諧調範圍和更窄的線寬，在一個DFB激光器集成兩個獨立的光柵，實現更寬的波長諧調範圍，比如達到100nm諧調範圍，以及更窄的光譜線寬，最終用一個DFB激光器實現檢測多種氣體的功能；更長的中心波長，從750nm到3500nm，並逐漸往4000nm甚至更高的中心波長發展；更高的功率，由於目前DFB激光器功率普遍較低，高功率能夠實現長距離、多路等更廣泛的應用。