1990年代後半から2000年代初頭にかけての通信革命により、レーザーメーカーは通信アプリケーションにおける需要の高まりに対応するため、革新と多様なレーザーの設計を迫られました。低信号レーザーのニーズを満たす最良の方法の一つは、分布帰還型レーザーを使用することです。
これらのレーザーは、通信業界のニーズへの対応に貢献しただけでなく、DBR レーザー (分布ブラッグ反射器) が市場から姿を消すきっかけにもなりました。
この記事では、DFBレーザーとDBRレーザーの違いについて詳しく説明します。その前に、DFBレーザーとDBRレーザーとは何かを簡単に説明します。
DFBレーザーとは何ですか？
DFBレーザーは、従来のミラーの代わりに回折格子を用いることで、共振器内で共振と発振を発生させるダイオードレーザーの一種です。この回折格子により、レーザーは単一波長かつ狭い線幅で動作することが保証されます。分布帰還型（DFB）レーザーの主な目的は、従来のファブリペローレーザーの出力を洗練・鋭敏化し、より安定した高精度な性能を提供することです。
ミラーをグレーティングに置き換えることで、分布帰還型レーザーは、周期的な空間変調利得、高効率、低閾値電流、単一波長動作といった高度な特性を備えています。これらの特徴により、DFBレーザーは通信や分光法など、精密な波長制御を必要とする用途に非常に適しています。
DBR レーザーとは何かを詳しく見てみましょう。
DBRレーザーとは何ですか?
DBRレーザー（分布ブラッグ反射型レーザー）は、史上初ではないにしても、最も初期の単一周波数レーザーの一つです。これらのレーザーは、波長可変のシングルモードダイオードレーザーで、2つのファイバーブラッググレーティング（波長特異反射器）の間に挟まれた短いアクティブファイバーで構成された共振器を備えています。
DFBレーザーと比較すると、DBRレーザーは特定の波長において単一周波数かつ位相コヒーレントな光子を生成するため、高精度で安定したレーザー出力が得られます。DBRレーザーのグレーティングは、波長ごとに反射率を変化させるミラーとして機能し、狭いスペクトル範囲にわたってレーザーの波長可変性を実現できるため、通信、分光法、センシングなどの用途に最適です。
次のセクションでは、DFB レーザーと DBR レーザーの重要な違いについて説明します。
DFBレーザーとDBRレーザーの主な違い
以下に、分布帰還型レーザーと分布ブラッグ反射器の主な違いをいくつか挙げます。それぞれの違いをより深く理解するために、簡単に見ていきましょう。
- DFBレーザーとDBRレーザー – アーキテクチャ
ご想像のとおり、これら2つのレーザーの主な違いは、その構造、つまりグレーティングゾーンの位置にあります。DBRレーザーは、ゲイン領域の外側に配置された高屈折率コントラスト・高反射率の表面グレーティングを使用しますが、DFBレーザーは、ゲイン媒体自体に埋め込まれた低屈折率コントラスト・低反射率のグレーティングを使用します。この設計の違いは光フィードバック機構に影響を与え、DBRレーザーは波長可変であるのに対し、DFBレーザーは通常、固定波長で動作します。
- DFBレーザーとDBRレーザー – 欠陥レベル
DFBレーザーの場合、EPI表面は空気酸化を受けやすく、リッジおよびグレーティング加工時に汚染が頻繁に発生するため、時間の経過とともに性能が低下し、効率が低下する可能性があります。一方、DBRレーザーは、外部グレーティング構成のため、分布帰還型レーザーよりも欠陥レベルが低く、出力が向上し、動作安定性が向上し、様々なアプリケーションにおいて長期的な信頼性が得られます。
- DFBレーザーとDBRレーザー – モード選択
DFBレーザーとDBRレーザーの3つ目の重要な違いは、DBRはEPIのゲインとゲイン帯域幅が最も高い単一の縦モードでのみ動作するため、正確な波長選択とノイズ低減が保証される点です。一方、DFBレーザーは複数の発振モードで動作し、EPIゲインカーブのシフトに応じて単調に変化するため、出力波長が広くなり、特定の用途ではノイズが増加する可能性があります。
- DFBレーザーとDBRレーザー – モード数
DFBレーザーは、グレーティングのブラッグ波長から対称的に分離された2つのモードを持ち、様々な条件下で安定した動作を実現します。一方、DBRレーザーは対称性のない単一モードで動作するため、スペクトル変動が少なく、単一モードでより安定した動作を実現します。
以上がDFBレーザーとDBRレーザーの主な4つの違いです。ご覧のとおり、両レーザーには類似点だけでなく相違点も存在し、2つのアーキテクチャはそれぞれ異なる動作を示し、通信、センシング、精密測定といった特定の用途における性能に影響を与えています。
Inphenixは、米国に拠点を置くレーザーダイオードおよび光源メーカーです。 半導体光増幅器 （SOA）、 スーパールミネッセントダイオード （SLD）、 ゲインチップ、LiDARレーザーなど、様々なフォトニクスデバイスの製造を専門としています。また、顧客のニーズに合わせたカスタマイズされたレーザーデバイスの製造も行っています。
