DBR光栅,有反射的作用。
反射镜也有反射的作用。
FP腔,是两侧用反射镜。
DBR激光器,是两侧或一侧,使用光栅做反射。
看下者的区别。
FP反射:
如果两侧反射的光,相位匹配,就是波峰和波峰在一起,波谷和波谷在一起,这样这个波就“放大”了(波峰碰上波谷,就相消了)。
DFB的发展史,激光的全称,受激辐射光放大,谐振腔的作用是放大,要放大就得“相位匹配”。
这是波长:
下图两个波,相位匹配:
所以,FP的波长为
波长1是一个数;波长2是另一个数;中间还有很多灰色的波,这些波都有各自的波长。
假定FP的腔长是150μm,折射率3.38,折射率的意思是波在介质中的速度下降了3.38倍。
折射率×腔长=等效腔长
就是说,在介质中光波的速度只有真空光速的1/3,光波跑同样的时间,在介质中只跑了150μm,但同样的时间换算到真空中,就是3.38×150=507μm。
这个507,就是等效腔长,换算到真空的光速、时间和长度。
507μm,是1 550.4nm波长的整数倍,也是1 545.7nm波长的整数倍,还是1 541.03nm波长的整数倍。
这些整数倍的波们,“相位匹配”,就有“放大”作用。
增益材料,发的光,就是咱家LED的那种光,是一片。
FP腔,让光反射,如果相位匹配(等效腔长是某个波的波长整数倍),波峰与波峰叠加,就有“放大”效果,反复震荡,越来越大。
相位不匹配,就减弱,尤其是波峰遇到波谷,更是相消。
逐步的,FP的谐振腔就有了几个纵模输出。
同样的DBR,光栅也可以做反射,但它和FP的反射不同,FP的反射镜能反射所有波长,而DBR的反射只有特定波长。
刚才,等效腔长507μm的,对FP来说,都反射,其中整数倍的是1 550.4,1 545.7,1 541.03nm波长……因为相位匹配而放大。
同样等效腔长507μm的,对DBR光栅来说,咱就给它设计到反射1 550.4nm波长,然后只有这个波,反复震荡,放大。
如果DBR反射波长,能产生放大作用,就得“相位匹配”。
所以,DBR激光器,一般有个调整相位的区域,电流可以改变折射率,就改变了等效腔长,让这个等效腔长与DBR的反射波长呈现整数倍,也就是“相位匹配”。
把刚才FP的激射波长的公式:
用到DBR中,两者的谐振波长和反射波长匹配,DBR激光器就很好了。
DBR,通常也用到可调谐激光器上,因为电流会改变波导的折射率,上面两个公式都有折射率,也都关联波长,那就是DBR输出波长可随着电流的改变而改变,这叫可调谐。