DFB的发展史

增益耦合的DFB，有它的好处，单纵模，窄线宽，但它的缺点就是破坏了有源层，响应发光效率，降低可靠性。

本节聊一下半导体激光器中，DFB的历史。

1953年，微波在谐振腔内振荡，产生电磁波干涉，对特定波段放大，这叫受激辐射微波放大。

微波，是电磁波谱中的一段，波长较短。

光，也是电磁波谱中的一段，波长更短。

1960年，实现光在谐振腔内振荡，产生光波（电磁波）干涉，对特定光波段放大，这叫受激辐射光放大。

这就是第一个激光器，红宝石激光器，增益物质是红宝石。

MESER：受激辐射微波放大。

LASER：受激辐射光放大。

两者很多通用的理论，都是用电磁波来表征的。

之后的激光器家族就有了各种各样的做增益的材料，咱们光通信用的是半导体增益物质，其他也可以，固体晶体材料，液体比如染料，气体比如二氧化碳……这都可以做增益物质，实现激光。

1970年，在研究染料激光器时，发现在谐振腔内采用光栅的结构，可以实现动态单模，当时的光栅是涂在玻璃板上的。

1972年，贝尔实验室的专家们，就用电磁波耦合理论分析光栅的作用，发现用光栅做谐振器，相比较FP腔来说，可以实现动态单模。

FP，一般的情况下是多纵模，当然也可以把FP设计成单模，可一旦加上调制（信号的10101……），它的单模就被破坏掉了，这种载流子不变是激光器单模，调制信号后就不是单模的现象，叫作“静态单模”，原因是载流子浓度变化改变波长。

我们当然希望，激光器无论哪种状态下，都可以维持单纵模的特性，所以用光栅可以实现动态单模的特点，打动了很多人。

光栅，在有源层内是增益耦合，在有源层外是折射率耦合，增益耦合从理论上讲是单纵模，折射率耦合理论上是双纵模（这种方式的激光器，要挑，也是咱经常用着用着跑出来双峰的现象）。

1973年，这种光栅做激光器谐振的技术，从染料激光器，实现了半导体激光器的应用，是在GaAs材料体系上实现的，就是咱们最常用在VCSEl的8xx波长的那种材料。

在GaAs激光器中，有源层直接刻蚀光栅，发现会破坏有源层，导致发光效率低，而且不能长期工作。

GaAs材料体系，从理论上讲，无法实现光纤低损耗的1 310nm和1 550nm这些波段。

1979年，科学家们才找到适合1 310nm和1 550nm的材料——InP以及基于InP的InGaAsP。

1981年，日本东京大学，做出来第一只可以低温长期工作的1 550nm波段DFB，这个材料体系，这个结构，一直到现在都在支撑着咱们光通信的需求，只是在不断地优化而已。

而基于GaAs材料的边发射DFB激光器，波长太短，大多是用于光通信之外，比如传感、测量等（基于GaAs的面发射激光器，是光通信的一个大类啊）。回到DFB中的光栅设计，增益耦合，破坏有源层，这不好，那就接着优化折射率耦合吧。

折射率耦合的DFB，理论上是双模，就是两纵模，俗称双峰，从均匀光栅，改为非均匀光栅，重点是突出一个纵模，灭掉另一个纵模。这里边的四分之一相移光栅、CPM光栅等，都是非均匀光栅。

这里边，日立公司提出的非均匀光栅，效果最好。日立的激光器这一块，这些年已经变化到OcLaro，现在合并到了Lumentum，也是目前5G前传中唯一可以实现工业级应用的25G激光器。

DFB的折射率耦合方式中，3种光栅。

均匀光栅：

1/4相移光栅：

CPM（corrugation pitch modulated）周期节距调制光栅：

从均匀光栅到相移到CPM，从左往右性能越来越好，工艺也是越来越难。 CQd9/UQmrtF7j1ltI/lMF2nY4Eu53e5MceHfR8W1alcRIVPEDpulmSgrvKq4xoT2