Які основи волоконно-зв’язаних лазерних діодів?

Сьогодні лазерні діоди широко поширені. Це найпростіші компоненти для перетворення електричної енергії в лазерну. Лазерні діоди створені на основі різних напівпровідникових складних матеріалів (GaAs, InP або інших більш складних структур, таких як GaN). Одномодові лазерні діоди є лазерними діодами малої потужності (зазвичай<1W), while multimode laser diodes are higher power devices (typically 10 W to several kW).

Волоконна оптика Загалом існує два типи активних волокон, які використовуються для поєднання світла від лазерних діодів:

• Одномодове волокно: серцевина зазвичай становить кілька мікрон (наприклад, серцевина ~6 мкм при довжині хвилі 1 мкм, серцевина ~9 мкм при довжині хвилі 1,5 мкм)
• Багатомодове волокно: більший діаметр для роботи з вищими рівнями оптичної потужності. Стандартні версії зазвичай мають діаметр сердечника 62, 100, 200, 400, 800 або навіть > 1000 мкм. Чим менший діаметр, тим легше сфокусувати світло від волокна на невелику точку за допомогою лінзи або об’єктива мікроскопа.

Принципи роботи одномодового та багатомодового волокна. Сердечники багатомодового волокна набагато більші

Волокно із збереженням поляризації: одномодові лазерні діоди можуть бути стандартним волокном (SMF) або волокном із збереженням поляризації (PM). В останньому волокно має спеціальну структуру оболонки, яка підтримує поляризацію світла по всій довжині волокна. У таблиці нижче наведено характеристики різних типів одномодових волокон із збереженням поляризації, які пропонує компанія Corning. Можна побачити, що діаметр серцевини стає дуже малим із зменшенням довжини хвилі. У таблиці варто звернути увагу на граничну довжину хвилі. Одномодове волокно добре працює, якщо взяти до уваги довжини хвилі між його довжиною хвилі зрізу та приблизно в 1,5 рази більшою за довжину хвилі зрізу. Нижче цього діапазону волокно стає багатомодовим, а вище цього діапазону світло може легко залишати волокно при згині.

Одномодові лазерні діоди зі зв’язаними оптоволокнами Цей тип лазерних діодів зазвичай збирається в корпусі типу «метелик», який містить охолоджувач TEC і термістор (сьогодні тенденція спрямована на менші форм-фактори). Одномодові волоконно-зв'язані лазерні діоди зазвичай здатні досягати вихідної потужності від кількох сотень міліват до 1,5 Вт.

Приклад одномодового оптоволоконного лазерного діода-метелика, що випромінює на 1064 нм (14-стандартний метелик). Ці лазерні діодні модулі складаються з TE-Cooler, термістора та монітора (BFM) для вимірювання рівнів оптичної потужності.

На ринку є кілька інших стилів упаковки. Наприклад, на телекомунікаційному ринку часто зустрічаються наступні пакети DIL або коаксіальні пакети, де потужність зазвичай менше 10 мВт.

Лазерні діоди VCSEL зазвичай не пов’язані з волокном. Вони є поширеним типом лазерного діода, який використовується у великих програмах дифузійного зондування, таких як комп’ютерні миші або 3D-розпізнавання обличчя у смартфонах.

Крайові діоди DFB і Фабрі-Перро зазвичай поєднуються по волокну, як описано нижче:

Лазерні діоди Фабрі-Пероз бреггівськими ґратами. «Стандартний» волоконний лазерний діод — це звичайний частково відбиваючий напівпровідниковий резонатор, в якому тильна сторона має покриття з високим відбивним покриттям, а передня сторона має частково відбиваюче покриття. Типовий розмір мікросхеми лазерного діода становить близько 1*0.5*0.2 мм. Основні типові особливості такі:

Діапазон потужності до 1,5 Вт для одного режиму (набагато більше для багатомодового)
Generally wide bandwidth (>1 нм)
Вихідний промінь сильно еліптичний.
Щоб зменшити смугу випромінювання та підвищити загальну стабільність лазерних діодів, виробники лазерних діодів часто додають волокнисті бреггівські решітки всередину вихідного волокна.

Брегговські решітки додають лазерним діодам кілька відсотків відбивної здатності на дуже точних довжинах хвиль. Це дозволяє загальне зменшення смуги випромінювання лазерного діода. Ширина смуги випромінювання зазвичай становить 3-5 нм без будь-яких бреггівських граток, тоді як вона набагато вужча (~<0.1 nm) when using a Bragg grating. The wavelength spectral temperature tuning coefficient is typically 0.35 nm/°C without any Bragg gratings and much smaller with Bragg gratings. The main suppliers of 915/976/1064 nm single-mode pump laser diodes are companies that developed the fiber amplifier (EDFA: Erbium-Doped Fiber Amplifier) business for the telecom market in the late nineties. Due to their high yield, they offer high reliability and reasonable cost.

DBR або DFB лазерні діоди
Лазерні діодні пристрої DFB або DBR інтегрують секцію стабілізації довжини хвилі решітки Брегга безпосередньо на чіп лазерного діода. Зазвичай це дає вужчу довжину хвилі випромінювання (приблизно 10^(-5) нм для DFB 1 МГц, а не приблизно 0,1 нм для Фабрі-Перо з ґраткою Брегга.

4 серії багатомодових волоконних лазерних діодів

Один випромінювач: коли чіп лазерного діода незалежно зібраний на підстановці та упакований окремо в модуль лазерного діода. Тут ми говоримо про типову потужність 15 Вт у поєднанні з лазерним діодом 105 (ядро)/125 мкм (оболонка).
Кілька випромінювачів: коли кілька випромінювачів розділені та оптично з’єднані з іншими ізольованими випромінювачами в багатомодовому волокні (Малюнок 19-праворуч). У результаті рівні вихідної потужності можна масштабувати до сотень ват, а розмір волокна можна зберегти малим, наприклад, серцевина 100 або 200 мкм.
Монобар: коли кілька випромінювачів тримаються разом як монобар (Малюнок 17) і зібрані в модуль лазерного діода. Зазвичай ми говоримо про потужність близько 50 Вт, яка зазвичай поєднується з лазерним діодом 200 мкм (ядро)/240 мкм (оболонка).
Багатошаровий: коли кілька стрижнів зібрано у велику упаковку з водяним охолодженням і з’єднано в багатомодове волокно великого діаметру. Ми говоримо тут про 100 Вт або навіть КВт, з’єднаних, скажімо, із серцевиною багатомодового волокна 600 або 800 мкм.

Варто відзначити, як типові рівні напруги та струму відрізняються при розгляді різних серій:

Типовий одиночний передавач має типовий рівень напруги приблизно 1,5 В і силу струму приблизно 15 А.
Для багатоемітерних лазерних діодів емітери зібрані послідовно. Це означає, що рівень струму не змінюється (зазвичай максимум 15 А), але напруга зростає, коли розглядається все більше і більше випромінювачів. (наприклад, 4,5 В/15 А для лазерного діода 60 Вт)
Панелі лазерних діодів монтуються паралельно з усіма випромінювачами. Таким чином, рівень напруги залишається таким же, але рівень струму може легко досягати 45 або 50 А.
Крім того, коли кілька шин збираються разом, вони збираються послідовно, тому рівень струму (скажімо, 45 А) не змінюється, але напруга регулярно зростає зі збільшенням кількості шин.

Контактна інформація:

Якщо у вас є якісь ідеї, не соромтеся поговорити з нами. Незалежно від того, де знаходяться наші клієнти та які наші вимоги, ми будемо слідувати нашій меті надавати нашим клієнтам високу якість, низькі ціни та найкращий сервіс.