DFB激光器有哪些显著的应用领域?

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DFB,Distributed Feedback Laser,即分布式反馈激光器。DFB激光器主要以半导体材料为介质,包括锑化镓(GaSb)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。DFB激光器具有非常好的单色性(即光谱纯度),它的线宽普遍可以做到1MHz以内,以及具有非常高的边模抑制比(SMSR),可高达40-50dB以上。

DFB的芯片分为P极和N极,当注入p-n结的电流较低时,只有自发辐射产生,随电流值的增大增益也增大,达阈值电流时,p-n结产生激光。

一、做DFB激光器芯片的厂商有哪些

当前,DFB激光器芯片技术基本上由德国、美国、日本等发达国家掌握,比如德国Nanoplus、Sacher、Eagleyard、Toptica公司,美国Thorlabs、EM4、Power Technology、Sarnoff公司,日本NTT、Oclaro等公司。厂商非常多,但能够实现商业化生产的厂家并不多,主要有Nanoplus、Eagleyard、NTT、Thorlabs等几家公司。

国内还没有成熟的DFB芯片生产技术,由于成品率低基本上没有形成商业化,国内生产的DFB激光器主要是基于对国外芯片的封装生产,主要表现为对通讯波段的生产和应用。

国内做DFB出售的产商有四川纤联科技有限公司、 武汉东隆科技有限公司、 天津峻烽科技有限公司、 东莞市蓝宇激光有限公司、 四川梓冠光电科技有限公司、 四川伏托尼科技有限公司等从事相关DFB产品的研发与销售。

而仕佳光子2018年宣布DFB激光器芯片已经研制成功,并达到月产能可达200万枚以上。

二、DFB激光器的发展方向

由于DFB激光器功率普遍较低,高功率能够实现长距离、多路等更广泛的应用。

故DFB激光器将朝更宽的谐调范围和更窄的线宽的方向发展。在一个DFB激光器集成两个独立的光栅,实现更宽的波长谐调范围,比如达到100nm谐调范围,以及更窄的光谱线宽,最终用一个DFB激光器实现检测多种气体的功能;更长的中心波长,从750nm到3500nm,并逐渐往4000nm甚至更高的中心波长发展;更高的功率。

三、DFB之应用

(一)应用之案例

1、用于发电站· 严格监控各气体的成分比率:H2O, O2, CO, CO2, NH3, NO2等;

· 实现更快更有效的燃烧;

· 减少污染物的排放,减小能耗。

2.用于过程控制

· 监测HCl 的浓度,优化PVC材料的生产;

· 监测燃烧室中 O2, CO, CO2 的浓度,控制钢铁的熔炼过程。

3.用于管道检测

天然气管道成分、泄漏检测。

4.用于太空研究

比如用于NASA实验室,俄罗斯航天局等。

(二)分行业(领域)之应用

1、光纤通讯

毫无疑问,通讯是DFB的主要应用,如1310nm,1550nm DFB激光器的应用,这里主要介绍非通讯波段DFB激光器的应用。

2、可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)

● 过程控制 (HCl, O2 …)

火灾预警 (CO/CO2 ratio)

成分检测 (moisture in natural gas)

医疗应用 (blood sugar, breath gas, helicobacter)

大气测量 (isotope composition of H2O, O2, CO)

泄漏检查 (Methane)

安全 (H2S, HF)

环境测量 (Ozone, Methane)

科研 (Mars and space missions)

3、原子光谱学应用

原子钟 (GALILEO, chip scale atomic clock)

磁力计 (SERF)

...

4、新兴市场

精密测量 (Ellipsometry, 3D vision)

夜视仪

同位素监测 (distinction of 235UHF / 238UHF)

下表是DFB一些主要波长在激光气体分析、原子钟应用、Nd:YAG激光器种子源等领域上的应用:

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