Bien que le secteur industriel n'ait pas beaucoup progressé sur le DFB, cela n'empêche pas la poursuite des recherches sur le DFB. Aujourd'hui, nous allons présenter plusieurs études récentes sur le DFB :
- Le DFB à émission de surface est principalement utilisé pour les applications à courte distance. Il est monomode et facile à coupler.
HUST a développé un laser DFB monomode à émission de surface avec un réseau de surface. En introduisant un déphasage dans la zone gravée, la puissance de sortie du laser atteint 2 mW, le SMSR est de 46 dB, le coefficient de couplage du réseau est de 560 cm-1 et l'efficacité de pente est de 0.3 W/A.
Les lasers à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL) sont largement utilisés dans les réseaux à liaison courte dépassant des centaines de mètres. Les centres de données hyperscale préfèrent les systèmes de transmission monomode avec une bande passante plus élevée et des capacités de transmission à plus longue distance. La taille d'ouverture de l'oxyde requise pour les VCSEL monomodes est généralement inférieure à 5 μm, ce qui pose des problèmes de fabrication et de fiabilité. Il propose une structure laser DFB à émission par la surface monomode, qui utilise une cavité horizontale au lieu d'une cavité verticale pour obtenir une émission de surface. La rétroaction optique du laser utilise un réseau de premier ordre et l'émission de surface est obtenue à l'aide d'un réseau de second ordre.
Afin d'obtenir un coefficient de couplage de réseau élevé, une structure de guide d'ondes à crête peu profonde et un réseau de surface gravé peu profondément rempli de SOG sont utilisés.
Afin de réduire la résistance et les pertes d'absorption de photons, il adopte une structure NIP et une jonction tunnel est introduite dans le substrat pour réaliser l'injection de courant.
Dans la zone située sous le guide d'ondes de crête, de grands trous d'oxyde rectangulaires sont conçus pour limiter l'injection de courant.
Le diagramme tridimensionnel du laser DFB monomode à émission de surface
Pour concentrer les photons au centre de la cavité résonante (au niveau du réseau de second ordre) afin d'améliorer la sortie de diffraction, une position de déphasage λ/4 est conçue au niveau du réseau de second ordre. La position du déphasage λ/4 au niveau du réseau de second ordre affectera les caractéristiques de diffraction du réseau de second ordre, et deux structures sont conçues comme indiqué sur la figure. Afin d'obtenir un coefficient de couplage de réseau plus élevé, la gaine supérieure en AlGaAs est optimisée et un réseau de remplissage SOG est utilisé. La longueur de la région active du laser est de 40 μm et les deux miroirs DBR sont de 80 μm.
Les images du SEM
Lorsque le nombre de réseaux de second ordre est de 5, l'efficacité de pente du laser déphasé λ/4 dans la zone non gravée du réseau de second ordre est d'environ 0.06 W/A, tandis que l'efficacité de pente du laser déphasé λ/4 dans la zone gravée est d'environ 0.2 W/A.
Lorsque le nombre de réseaux de second ordre est de 9, l'efficacité de pente du laser à déphasage λ/4 dans la zone gravée du réseau de second ordre est d'environ 0.3 W/A. Le courant de seuil du laser est d'environ 2.1 mA.
À l'avenir, si des réflecteurs DBR inférieurs sont utilisés, la puissance de sortie et l'efficacité de la pente seront doublées. Lorsque le courant d'injection est supérieur à 3 mA, le laser a une sortie monomode stable à 25 °C et le SMSR est supérieur à 46 dB.
Courbes LIV des lasers fabriqués et spectres de sortie en fonction du courant d'injection
- Utilisez également l'effet PPR pour augmenter la bande passante DML à 53 GHz. Cette fonctionnalité est optimisée pour garantir la stabilité du PPR et la matrice DFB peut être utilisée pour le LAN-WDM à courte distance.
NTT a proposé le premier réseau DML qui exploite l'effet de résonance photon-photon (PPR) dans les interconnexions à courte portée à multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM). Un réseau laser à couche mince LAN-WDM à 8 canaux sur SiO2/Si transmet à 106 GBaud NRZ sur 2 km avec une consommation d'énergie d'environ 154 fJ/bit.
La bande passante DML est augmentée en introduisant l'effet PPR dans la conception de la cavité membranaire. La difficulté réside dans la stabilité du PPR. Le réflecteur DBR mesure 200 μm de long et est connecté au DFB de 80 μm de long pour obtenir un fonctionnement monomode par filtrage. En optimisant la conception du réseau, la structure présente une stabilité PPR suffisante sur plusieurs canaux du réseau laser.
Modifiez simultanément les longueurs d'onde de Bragg des trois sections de chaque canal 8λ du réseau et obtenez une grille de longueur d'onde de 5 nm adaptée au LAN-WDM. Ceci est réalisé en ajustant l'espacement des réseaux de toutes les sections de chaque canal. La puissance de sortie maximale couplée à la fibre de tous les lasers est supérieure à 0 dBm et l'espacement des longueurs d'onde est d'environ 5 nm. Les défauts du diagramme LI sont causés par les sauts de mode latéraux et les effets de filtrage DBR.
Structure du réseau laser (a) et (b) et caractéristiques statiques : (c) LlV et (d) spectres laser
À 50 °C et avec un courant de polarisation de 7 à 12.1 mA, la bande passante de 6 dB de tous les canaux est supérieure à 53.5 GHz et la fréquence PPR est comprise entre 40 et 50 GHz. Dans la réponse du canal n° 8, on peut observer deux fréquences PPR, qui sont dues au coefficient de couplage de réseau relativement élevé utilisé (à 600~750 cm-1).
Réponses EO à 50℃
Le laser est piloté directement à 1~1.3 Vpp. Le taux d'erreur binaire de tous les canaux peut atteindre moins de 6.25 % de correction d'erreur directe par décision dure d'en-tête (HD FEC) à 50° dos à dos (BTB) et sur une transmission de 2 km, avec un débit de données net de 99.375 Gbps par lambda et un débit de données total de 795 Gbps. La différence de performances dans les cas BTB et 2 km est négligeable.
- La source lumineuse DFB haute puissance peut être utilisée comme source lumineuse photonique au silicium. Sa principale caractéristique est la structure SCOW, qui a une puissance supérieure à celle des sources similaires et prend en charge le fonctionnement à pleine température.
III-VLab conçoit des lasers DFB et des MOPA de haute puissance en utilisant des guides d'ondes optiques couplés à des dalles enterrées. Le dispositif est basé sur SCOW et adopte la technologie d'hétérostructure enterrée semi-isolante (SIBH). Le MQW se compose d'un puits de contrainte de compression GaInAsP et d'une barrière de contrainte de traction quinaire AlGaInAsP.
Le laser DFB mesure 2 mm de long. La partie laser du MOPA mesure 1.5 mm de long, la partie SOA mesure 2.5 mm de long et il y a une courbure de Bessel de 500 um à la sortie, avec un angle de guide d'ondes de 7°.
Lorsque le DFB est à 1 A, la puissance de sortie maximale est de 148 mW à 85 °C et de 333 mW à 25 °C. La résistance thermique d'un laser DFB de 2 mm de long est d'environ 6.6 K/W. À partir de 300 mA, la valeur maximale de RIN est inférieure à -160 dB/Hz. La largeur de raie minimale est inférieure à 30 kHz à 200 mA. Lorsque le courant est plus important, la largeur de raie augmente en raison de la combustion du trou le long de l'espace longitudinal de la cavité laser DFB, mais reste inférieure à 80 kHz à 900 mA.
Lorsque le courant DFB est réglé sur 1 A, la puissance de sortie est d'environ 300 mW. Le MOPA atteint une puissance de sortie maximale supérieure à 480 mW à un courant SOA d'environ 1.65 A. La structure présente de bonnes performances thermiques et la longueur d'onde de la partie laser est très stable lorsque le courant SOA atteint 1.5 A.
- Pour les lasers à points quantiques, la plupart des recherches sont basées sur des lasers FP, et les performances DFB produites sont très médiocres. Cependant, la puissance DFB et la largeur de ligne démontrées par Innolume cette fois-ci ne sont pas mauvaises.
Innolume a rapporté que la largeur de ligne FWHM des lasers DFB QD InAs/GaAs en bande O est aussi basse que 92 kHz (la partie Lorentz est aussi basse que 6 kHz). La puissance de sortie du laser après conditionnement atteint 90 mW à 600 mA. La résistance thermique du laser est estimée à 28 (K/W)·mm.
Les principales améliorations sont :
1) La cavité laser a été étendue à 4 mm pour augmenter le facteur Q de la cavité.
2) La conception du réseau augmente le coefficient de couplage du réseau kL à 2 et est optimisée pour réduire le désaccord de crête du milieu de gain à 25 °C.
3) En élargissant le guide d’ondes asymétrique, l’angle de divergence de l’axe rapide est réduit de 35 degrés à 28 degrés.
Deux méthodes sont utilisées pour tester la largeur de ligne correspondante dans des conditions de puissance élevée et faible.
À faible puissance de 10 mW, les largeurs de raie ont été mesurées à l'aide d'une technique auto-hétérodyne et se sont avérées être de 30 kHz et 75 kHz pour les raies lorentziennes et gaussiennes, respectivement.
Aux puissances élevées qui ne peuvent pas être décrites de manière fiable par la fonction de Voigt, le bruit de phase-fréquence optique est mesuré directement, car le profil de la ligne laser est déterminé par le spectre de bruit de fréquence. Lorsque la puissance optique augmente de 10 mW à 75 mW, la formule montre que la largeur de raie de Lorentz diminue de 30 kHz à 6 kHz.