DFB激光器
DFB激光器工艺和结构
制造工艺DFB芯片的制作工艺非常复杂，体现了半导体产品在生产制造上的最复杂程度，下表是DFB激光器的主要生产工艺流程（从材料生长到封装的整个过程）：
Process（工艺流程）
Back End（后续处理）
GaSb-processing（锑化镓材料生长）
cleaving（切割）
coating / lift-off（镀膜/剥离）
facet coating（端面镀膜）
optical lithography（光学光刻）
characterization（参数塑造）
e-beam（电子束成象）
mounting (TO-header)（安装）
vapor coating（气相涂盖）
fiber coupling（光纤耦合）
etching（蚀刻）
burn-In（预烧）
electroplating（电解沉积）
......
quality control（质量控制）
……
DFB芯片结构设计DFB芯片大小：如下图，芯片大小可以在成人大拇指上形象地看出来。
DFB芯片设计：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。其注入电流方向和激光发射示意图如下：
DFB激光器原理和应用一、光纤通讯
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。
二、可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）
a) 过程控制 (HCl, O2 …)
b) 火灾预警 (CO/CO2 ratio)
c) 成分检测 (moisture in natural gas)
d) 医疗应用 (blood sugar, breath gas, helicobacter)
e) 大气测量 (isotope composition of H2O, O2, CO)
f) 泄漏检查 (Methane)
g) 安全 (H2S, HF)
h) 环境测量 (Ozone, Methane)
i) 科研 (Mars and space missions)
j) …
三、原子光谱学应用
k) 原子钟 (GALILEO, chip scale atomic clock)
l) 磁力计 (SERF)
m) ...
四、新兴市场
a) 精密测量 (Ellipsometry, 3D vision)
b) 夜视仪
c) 同位素监测 (distinction of 235UHF / 238UHF)
d) …
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：
DFB中心波长
主要应用
DFB中心波长
主要应用
760/763nm
氧气（O2）分析
1590nm
硫化氢（H2S）气体分析
852nm
CsD2铯原子钟
1570/2330nm
一氧化碳（CO）气体分析
894nm
CsD1铯原子钟
1579nm
一碳二碳（CO/CO2）同时分析
935/1392/1877nm
水分子（H2O）分析
1654nm
甲烷（CH4）气体分析
1064nm
Nd:YAG激光器种子源
1742nm
氯化氢（HCl）气体分析
1178nm
大功率光纤激光器种子源
1800nm/2650nm
一氧化氮（NO）气体分析
1273nm
氟化氢（HF） 气体分析
2004nm/2740nm
二氧化碳（CO2）气体分析
1341nm
溴化氢（HBr） 气体分析
2257nm
氧化二氮（N2O）气体分析
下图是Harvard所研究的Hitran数据库在750-3000nm之间的光谱吸收图，可以作为大部分气体分析的数据参考：
DFB激光器的应用案例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。
DFB激光器国内外厂商现状当前，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。由于部分国家对DFB激光器的技术保护，部分产品对中国禁售，目前主要通过代理商向国内销售，主要包括Nanoplus代理商深圳市华儒科技、Eagleyard代理商富泰(香港)科技、NTT北京代表处、Thorlabs代理商上海瞬渺光电科技等等。
由于DFB激光器内部光栅的特殊技术，能够筛选出从750nm到3000nm，甚至更长中心波长的DFB激光器，但能够准确地筛选中心波长非常困难，目前Nanoplus具有绝对的优势，能够筛选从750nm到3000nm之间的任意中心波长，其它厂商暂时只能筛选比如从750nm到1200nm部分中心波长，或者从1000nm到2400nm部分中心波长。从一些国外最新发表论文看，通过对新物质材料的研究，Nanoplus已经把中心波长做到了4000nm，其它公司也开始往2000-3000nm之间发展，在材料的研究和工艺技术上展开了激烈的竞争。
目前国内还没有成熟的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。
DFB激光器的发展DFB激光器的发展方向是，更宽的谐调范围和更窄的线宽，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3000nm，并逐渐往4000nm深圳更高的中心波长发展；更高的功率，由于目前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。