什么是布拉格反射镜

对于近红外波段的VCSEL，使用的基本都是全半导体DBR反射镜，如表所示。基于AlGaAs材料的DBR应用的最为广泛，在波段650～690 nm，近红外的850～980 nm段，长波1.33～1.55 ptm段都有应用。在650～690 nm段，采用的是A1As／A1xGa-xAs基DBR，为了避免光吸收，需x＞0．4。对于780 nm的VCSEL，铝的组分要减少为x＝0.25；同理，对应于850 nm的x＝0.15，980 nm的VCSEL选用的是GaAs／A1As或GaAs／A1。q6Ga0.04As基DBR。

理想的VCSEL需要拥有最大的反射率和良好的散热性。与绝缘材料的DBR相比，全半导体DBR的折射率差要小许多，因此要达到99％的反射率，需要更多的DBR周期结构，并且还会在反射过程的相位变换中导致较高的色散。理想的全半导体DBR在垂直方向应该有着非常小的串联电阻，顶部发射VCSEL的环形电极还应有非常高的横向电导率。但是因为构成DBR的两种材料的价带不连续，造成了P型DBR的高串联电阻，发热十分严重。

波长可调谐是指激光器波长在一定范围内连续可调。目前波长调谐主要基于布拉格反射光栅，通常通过改变温度、注入电流等方法，改变光栅的有效折射率，从而改变光栅的布拉格波长。DFB-LD虽然单模特性稳定，但是波长调谐的范围较小，一般在2 nm左右。目前技术比较成熟的波长可调谐激光器主要基于分布布拉格反射器半导体激光器(DBR-LD)。和DFB-LD相似，DBR-LD也是通过内含布拉格光栅来实现光的反馈的。不过在DBR-LD中，光栅区仅在激光器谐振腔的两侧或一侧，增益区没有光栅，光栅只相当于一个反射率随波长变化的反射镜。其中，三电极DBR-LD是最典型的基于DBR-LD的单模波长可调谐半导体激光器，其原理性结构如图3。3个电极分别对DBR-LD的增益区、相移区和选模光栅注入电流，其中增益区提供增益，光栅区选择纵模，而相移区用来调节相位，使得激光器的谐振波长和光栅的布拉格波长一致。通过调节3个电极的注入电流，其调谐范围可以达到10 nm左右。另外采用特殊的光栅结构，如超结构光栅(SSG)，DBR-LD的波长调谐范围可以达到103 nm。

和DFB-LD一样，DBR-LD也需要使用外调制器才能满足长距离传输的需要。1999年，法国France Telecom公司报道了他们制作的DBR-LD/EA调制器集成光源[9]。它由一个两段DBR-LD与一个EA调制器构成，并采用相同的应变补偿InGaAsP多量子阱层作为DBR-LD的有源区和Bragg光栅区以及EA调制器的吸收层。通过改变Bragg光栅区的注入电流，其输出波长可以覆盖12个信道，共5.2 nm的波长调谐范围。同时，该集成器件的调制带宽达到15 GHz，可以应用于10 Gbit/s通信系统。

由于DBR-LD是通过改变光栅区的注入电流实现调谐的，这导致了较大的谱线展宽。另外DBR-LD需要调节至少两个以上电极的电流，才能将激射波长固定下来，不利于实际应用，而且DBR-LD纵模的模式稳定性相对较差，极易出现跳模现象，所以近年来有关波长可调谐DBR-LD的研究活动有所减弱。而由于DFB-LD的激射波长相对稳定，人们就将多个波长不同的DFB-LD集成起来，组成波长可选择光源。2000年，日本NEC公司报道了他们制作的波长可选择集成光源[10]。光源含有8个具有不同输出波长的DFB-LD，并采用一个EA调制器对输出光信号进行调制。光源中还集成有一个多模干涉型(MMI)耦合器与一个半导体光放大器(SOA)，用来对8个激光器的输出光进行耦合并对损耗进行补偿。该器件采用介质膜选择性区域外延进行制作，可以作为2.5 Gbit/s DWDM光纤网络的光源，能够有效地提高系统的灵活性与可靠性。但是这种光源需要在同一衬底上制作不同激射波长的DFB-LD，其无论对材料的外延生长工艺还是对器件的后加工工艺，都有非常高的要求。

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