Distributet-Feedback-Laser

Distributed Feedback Laser, kurz DFB-Laser, sind Laserdioden, in denen das aktive Material periodisch strukturiert ist. Die Strukturen wechselnder Brechzahl bilden ein eindimensionales Interferenzgitter bzw. Interferenzfilter (Bragg-Reflektor). Die Interferenz führt zu wellenlängenselektiver Reflexion und bildet die optische Rückkopplung des Lasers.

DFB-Laserdioden verfügen über eine tiefere Schwellenstromgrenze und eine bessere Strahlqualität als konventionelle Fabry-Perot-Laser arbeitende Laserdioden, deren Endflächen wie ein Fabry-Perot-Resonator wirken. So werden die beim Fabry-Perot-Laser entstehenden Nebenmoden, welche bei der Glasfaserkabel-Übertragung zu Dispersionseffekten führen, minimiert.

Während konventionelle Laserdioden auf mehreren longitudinalen Moden schwingen, arbeiten DFB-Laser auf nur einer longitudinalen Mode.

Die spektrale Bandbreite des DFB-Lasers ist sehr gering. Die Abweichungen von der eingestellten Wellenlänge sind kleiner als 10^-7. Bei einer Wellenlänge von 2 µm, entsprechend einer Frequenz von ca. 200 THz, betragen sie ca. 0,2 pm (0,0002 nm), entsprechend 20 MHz. Werte von 2 MHz sind im Labor erreichbar (Zum Vergleich: bei konventionellen Laserdioden beträgt die spektrale Bandbreite ca. 1…4 nm).

DFB-Laser stellen eine preiswerte Alternative zu Wellenlängenselektionsverfahren außerhalb des Laserkristalles (ECDL für External Cavity Diode Laser) dar, erreichen jedoch nicht deren noch höhere Stabilität (ca. 1 MHz). Auch jenseits infraroter Wellenlängen (sichtbarer Spektralbereich) können Laserdioden weiterhin nur mit externen Interferenzgittern frequenzstabilisiert werden [1].

Während bei DFB-Laserdioden die Bragg-Struktur in der aktiven Zone (der Verstärkungszone) liegt, ist sie beim Distributed-Bragg-Reflektor-Laser (DBR-Laser) außerhalb der aktiven Zone, jedoch in einem mit auf dem Chip integrierten Wellenleiter angeordnet.
Beide Prinzipien können auch bei Faserlasern angewendet werden.

Sowohl DFB- als auch DBR-Laser lassen sich durch Temperaturänderung verstimmen. Das erfordert einerseits für hohe Wellenlängenstabilität eine exakte Thermostatierung, ermöglicht jedoch andererseits eine Veränderung bzw. Einstellung der Wellenlänge innerhalb eines großen Bereiches.
Zur Temperaturregelung bei gleichzeitiger Wärmeableitung werden thermoelektrische Kühler verwendet, die - bei Umpolung - auch heizen können.

DFB- und DBR-Laser werden auf Grund ihrer Genauigkeit in Dense Wavelength Division Multiplex (DWDM)-Systemen, zur genauen Längenmessung, in der optischen Spektroskopie (Raman-Spektroskopie), zum Nachweis von Spurengasen (Anregung von Atom- und Molekülresonanzen) und zum Testen/Ausmessen von Glasfasern eingesetzt [2].

Siehe auch

Beugungsgitter, Bragg-Reflektor (siehe auch bei Bragg-Gleichung), Multiplexverfahren, Diodenlaser, Faserlaser

Weblinks

• Vergleich und Skizzen zu DFB, DBR, ECDL (engl.) (Fa. Toptica Photonics)
• DFB-Laser Dioden in einem Wellenlängenbereich von 760 nm bis 2800 nm. (Fa. nanoplus Nanosystems and Technologies GmbH)
• Beispiele von DFB- und DBR-Lasern (Fa. Eagleyard, Ausgründung (spinoff) des Ferdinand-Braun-Institutes Berlin)