双峰这个事情呢,在漫谈光通信里略微提到过一点,漫谈一个是出版的早一些,再一个是交稿到出版之间有时间差,所以提到的内容都是好几年前的了。
今天再略一聊DFB的双峰
所谓的双峰,就是在光谱上出现了俩“激射波长”,
这俩波长,对应在光纤中的折射率会有所差异,换句话说,俩波长的传输速度不同,这就是色散,传输后回到时延,从而出现码型的混叠,“码间干扰”。
所以,才期待DFB是“单峰”、“单纵模”
先说说,DFB的双峰如何出现的。
对于一个谐振腔来说,能谐振的频率,其实是一组,频率之间的间隔与波长、折射率和长度有关
咱们一个最最简单的DFB,采用简单的均匀光栅,来做激光器,其实这里头有两个等效的“谐振”关系,一个是光栅,一个是两侧的镀膜,二者的长度不一样,所以波长间隔不同,重叠之后,会有一个满足双方都被谐振放大的那个波长
所谓的光栅,其实是级联的多个小型FP谐振腔,这也是DFB叫“分布”反馈激光器,(均匀)光栅其实会有两组谐振波长。
均匀光栅的两组谐振波长,再配合不同长度L的两侧镀膜形成的谐振腔,就有机会抑制住其中一个波长。
有机会的意思是,不一定能抑制住,有时候是抑制不住的,主要的原因在于L腔长的工艺能力和波长所需的精确度,是不匹配的。就像是老太太穿针眼,有时候能碰上,有时候碰不上
有时候抑制了左边波长,有时候抑制了右边波长,比如之前写过的,和昨天的
既然我们需要单个纵模,但是否抑制住另一个纵模是随机状态,那就挑选,DFB从晶圆上挑选单模的时候,良率很难在常规设计里突破50%
那就有了类似的“双波导”激光器,其实就是俩激光器,俩激光器挑出其中一个来工作,这样挑出单模的概率会更大一些。
挑单模,是在一定的条件下去挑选的,比如在xx℃温度,xxmA电流去挑,刚才的公式里有个折射率,折射率的变化,会随着温度变化而变化,激光器有一个叫做“温漂系数”,折射率会随电流变化而变化,随载流子浓度变化而变化,随外加电场变化而变化.....
那么,有可能当初挑选的温度、电流啥的,在实际工作里出现了变化,以前看着是单模的,后来出现了双峰。
比较常见的温度引起的双峰,
在常温下,波长一个模被抑制的很好,温度变了,相对的光谱的变化,导致激射峰“可能”出现双峰。
有些温度的变化是直观的,有些温度的变化是隐含的,激光器内部PN结的工作温度(结温),与外部环境温度是有差异的,一方面他们有热阻,另一方面,如果在后期的封装工艺里,出现了应力,空洞(空气不导热),接触不良等因素,会导致结温的工作温度再次变化,“温漂系数”既有可能导致双峰
上边说的是均匀光栅,但实际上激光器的设计千差万别,比如这两年很热闹的“局部光栅”
比如相移光栅、切趾光栅、采样光栅、啁啾光栅、周期节距光栅、TwoK光栅等等等等。
甚至,DFB都不一定要求是“单纵模”,比如Intel配合四个微环调制器的四纵模DFB激光器的光栅,用了五段相移光栅实现的。
还有些情况是不仅仅要控制单模抑制比,也就是边模的抑制程度,还需要精心选择边模的频率漂移。这两年热闹的低成本相干模块,用普通DFB来替代昂贵的窄线宽激光器,用于数据中心的相干下沉,用于低成本的相干PON等等。那么边模的频率和波长控制,在相干接收端避免边模干涉,专注于主模干涉。
对于一个DFB的激光器,
双峰或者多峰,不一定是坏事,有些场景是需要的,有些场景是需要避免的。有些峰只需要控制幅度,或抑制或增强,有些峰除了控制幅度,还需要控制频率。
DFB激光器的设计,采用什么方案,什么光栅,与激光器是否双峰,有关系。
DFB的应用环境,可能会导致双峰
DFB的封装过程,也可能会导致双峰
这对于如何挑选DFB的模式,如何框定挑选的判断标准,是非常重要的。比如说芯片的单模的挑选,是考虑到客户的封装工艺、工作温度、工作电流等等因素下的严格挑选,还是自己设定一个简单的挑选标准,只是在某些工作环境和工作条件下菜满足单模,从而提高芯片的“合格率”,呢