3.5.1. Laser hồi tiếp phân bố DFB (Distributed Feedback Laser):
Cấu trúc của laser DFB được biểu diễn trên hình 3.29.a. Quá trình cộng hưởng và chọn lọc tần số xảy ra trong laser DFB được thực hiện nhờ cấu trúc cách tử Bragg đặt ở bên cạnh, dọc theo vùng tích cực của laser. Sĩng ánh sánh phát xạ trong laser lan truyền dọc theo vùng tích cực và phản xạ tại mỗi đoạn dốc của cách tử. Điều kiện để sự phản xạ và cộng hưởng cĩ thể xảy ra là
bước sĩng ánh sáng phải thỏa điều kiện Bragg [1]:
λB = 2.Λ.neff (3.38) Trong đĩ, Λ là chu kỳ của cách tử Bragg, neff = n.sinθ với n là chiết suất của cách tử, θ là gĩc
phản xạ của ánh sáng (hình 3.29.b)
Các photon ánh sáng do hiện tượng phát xạ kích thích tạo ra trong vùng tích cực phản xạ nhiều lần tại cách tử (khác với laser FP chỉ phản xạ tại hai mặt phản xạ của hốc cộng hưởng). Tại mỗi đoạn dốc của cách tử, một phần năng lượng ánh sáng bị phản xạ. Tổng hợp năng lượng ánh sáng phản xạ tại mỗi đoạn cách tử này trong laser làm cho phần lớn ánh sáng trong laser được phản xạ cĩ bước sĩng thỏa điều kiện Bragg. Kết quả là, laser DFB chỉ phát xạ ra ánh sáng cĩ bước sĩng λB thỏa điều kiện Bragg (khác với laser FP cĩ nhiều bước sĩng ánh sáng thỏa điều kiện
phản xạ trong hốc cộng hưởng). Vì vậy, DFB laser chỉ phát ra một mode sĩng cĩ độ rộng phổ rất hẹp so với laser FP. Với đặc điểm như vậy, laser DFB đã và đang được sử dụng trong các hệ
Hình 3.29. (a) Cấu trúc của laser DFB; (b). Phản xạ tại cách tử Bragg
(c) Độ rộng phổ của laser DFB
3.5.2. Laser phản xạ Bragg phân bố DBR (Distributed Bragg Reflector Laser)
Cấu tạo của laser DBR cũng ứng dụng cấu trúc cách tử Bragg như laser DFB. Tuy nhiên, trong laser DBR, cách tử Bragg khơng được đặt bên cạnh, dọc theo lớp tích cực như laser DFB. Thay vào đĩ, cách tử Bragg được đặt ở hai đầu vùng tích cực, đĩng vai trị như gương phản xạ của hốc cộng hưởng như trong laser FP. Ưu điểm của cấu trúc này là chỉ cĩ một bước sĩng thỏa điều Bragg mới cĩ thể phản xạ lại và cộng hưởng trong vùng tích cực thay vì nhiều bước sĩng như laser FP. Kết quả là, phổ của laser DBR chỉ cĩ một mode sĩng với độ rộng phổ hẹp.
Hình 3.30. Cấu trúc của laser DBR
3.5.3. Laser bán dẫn hốc cộng hưởng ghép (Coupled Cavity Semiconductor Laser)
Trong laser hốc cộng hưởng ghép, hoạt động phát xạ ánh sáng đơn mode được thực hiện bằng cách đưa ánh sáng tới một hốc cộng hưởng ngồi (hình 3.31.a). Phần ánh sáng phản xạ được
đưa ngược trở về hốc cộng hưởng của laser. Sự hồi tiếp từ hốc cộng hưởng ngồi khơng phải lúc
nào cũng cùng pha với trường quang bên trong hốc cộng hưởng laser bởi vì cĩ sự dịch pha xảy ra tại hốc cộng hưởng ngồi. Sự hồi tiếp cùng pha xảy ra chỉ với những mode laser cĩ bước sĩng trùng với một trong các mode dài (longitudinal mode) của hốc cộng hưởng ngồi. Vì vậy, hệ số phản xạ của mặt phản xạ laser đối diện với hốc cộng hưởng ngồi trở nên phụ thuộc vào bước sĩng với giản đồ suy hao như hình 3.31.b. Mode dọc nào cĩ bước sĩng gần nhất với độ lợi đỉnh và
118
Hình 3.31. (a) Laser hốc cộng hưởng ngồi (external cavity laser), (b) hệ số phản xạ phụ thuộc bước sĩng, (c) phổ của laser
Hình 3.32. và 3.33. trình bày cấu trúc của 2 loại hốc cộng hưởng ghép bao gồm: laser hốc cộng hưởng ngồi (external cavity laser) và laser hốc cộng hưởng cắt (cleaved – cavity laser).
Hình 3.32. Laser hốc cộng hưởng ngồi (external cavity laser)
Laser hốc cộng hưởng ngồi được tạo ra bằng cách đặt một cách tử phản xạ ở một phía của hốc cộng hưởng laser. Để cĩ thể ghép ánh sáng từ hốc cộng hưởng laser tới cách tử, độ phản xạ của mặt phản xạ laser đối diện với cách tử được làm giảm đi bằng một lớp chống phản xạ. Loại laser này được quan tâm nhiều bởi vì khả năng thay đổi bước sĩng của nĩ. Bước sĩng của SLM mode được chọn lọc bởi cơ cấu hốc cộng hưởng ghép cĩ thể thay đổi một khoảng rộng (khoảng 50nm) bằng cách xoay cách tử. Khả năng thay đổi bước sĩng này được sử dụng trong hệ thống thơng tin quang WDM. Tuy nhiên, do cấu trúc của loại laser này khơng nguyên khối (cấu tạo bao gồm hai phần tách biệt nhau) nên khĩ cĩ thể tạo ra sự ổn định cho nguồn quang khi sử dụng trong bộ phát quang.
Laser hốc cộng hưởng cắt được tạo ra bằng cách cắt đơi một laser bán dẫn đa mode sao cho laser được chia thành hai phần cĩ chiều dài bằng nhau và cách nhau bởi một khoảng khơng khí hẹp (khoảng 1μm). Độ phản xạ của mặt cắt (~30%) cho phép việc ghép ánh sáng giữa hai
phần này miễn sao khoảng cách giữa hai phần khơng quá rộng. Loại laser này cũng cĩ thể thay
đổi bước sĩng trong khoảng 20nm bằng cách thay đổi dịng điện cung cấp cho một đoạn hốc cộng
hưởng hoạt động giống như bộ điều khiển mode. Tuy nhiên, các bước sĩng chuyển đổi khơng liên tục, bước nhảy giữa hai mode cách nhau khoảng 2nm.