三种类型的QCL - 什么是半导体激光器

5. 三种类型的QCL

按振荡腔设计的差异，QCL可以分为三大类：

图1：QC激光器的基本结构包括FP-QCL（上图）、DFB-QCL（中图）和ECqcL（下图）。增益介质显

示为灰色，波长选择机制为蓝色，镀膜面为橙色，输出光束为红色。

FP-QCL：最简单的结构是F-P（法布里-珀罗）腔激光器（FP-QCL）。在F-P 结构中，切割面（天然理解面）为激光提供反馈，有时也使用介质膜以优化输出。

DFB-QCL：第二种结构是在QC芯片上直接刻分布反馈光栅。这种结构（DFB-QCL）可以输出较窄的光谱，但是输出功率却比FP-QCL结构低很多。通过最大范围的温度调谐，DFB-QCL还可以提供有限的波长调谐（通过缓慢的温度调谐获得10~20cm-1的调谐范围，或者通过快速注入电流加热调谐获得2~3cm-1的范围）。

只有满足下式的那些特定波长的光才会受到强烈反射，从而实现动态单纵模 工作。式也称为分布反馈条件（一般m取1）。

EcqcL： 将QC芯片和外腔结合起来，形成ECqcL。这种结构既可以提供窄光谱输出，又可以在QC芯片整个增益带宽上（数百cm-1）提供快调谐（速度超过10ms）。由于ECqcL结构使用低损耗元件，因此它可在便携式电池供电的条件下高效运作。

三种类型的光通信激光器

在常用的三种激光中，FP激光比DFB激光容易产生，但FP激光的光线较宽（》1nm），波长的温度漂移也较大（0.5nm/℃）， 因此不适用于高速和/或远程应用。

DFB激光的光线则相对较窄（《0.04nm），波长对温度的漂移也较小（0.1nm/℃），因此就比较适合高性能的通信应用。但DFB激光也有缺陷。首先，它工作在1500nm波段时很容易产生啁啾，因此通常需要外加调制器（在1300nm波段此局限并不重要）；其次，它没有FP或VCSEL激光那样容易产生，而且所需的阈值电流也比VCSEL激光大。

VCSEL激光的优点是线宽较窄（0.35nm）且波长对温度漂移较小（0.06nm/℃）。另外，VCSEL激光的阈值电流也较小 （1mA），在相同的输出功率下，它比DFB激光和FP激光的效率更高，而且不象DFB激光那样容易产生啁啾。因而，即使速度为10Gbps的数据也可以直接采用VCSEL激光调制。最后，比起其它激光，制造和调整准直VCSEL都比较容易，这样就能够生产低成本基于VCSEL的收发器。这些特性看起来足以使VCSEL成为高性能通信应用的理想解决方案。其中850nm的VCSEL已经获得大规模的应用，但是由于长波长（1310nm、1550nm）的VCSEL具有输出功率不足以及制造工艺复杂等缺点，一直未能获得大规模应用。