Care sunt elementele de bază ale diodelor laser cuplate cu fibre?

Astăzi, diodele laser sunt omniprezente. Sunt cele mai simple componente pentru a converti energia electrică în putere laser. Diodele laser se bazează pe diverse materiale compuse semiconductoare (GaAs, InP sau alte structuri mai complexe, cum ar fi GaN). Diodele laser cu un singur mod sunt diode laser cu putere redusă (de obicei<1W), while multimode laser diodes are higher power devices (typically 10 W to several kW).

Fibră optică Există, în general, două tipuri de fibre active utilizate pentru a cupla lumina de la diodele laser:

• Fibră monomod: miez de obicei câțiva microni (de exemplu, miez de ~6 µm la lungime de undă de 1 µm, miez de ~9 µm la lungime de undă de 1,5 µm)
• Fibră multimodală: diametru mai mare pentru a gestiona niveluri mai mari de putere optică. Versiunile standard au de obicei un diametru al miezului de 62, 100, 200, 400, 800 sau chiar > 1000 µm. Cu cât diametrul este mai mic, cu atât este mai ușor să focalizați lumina din fibră pe un punct mic folosind o lentilă sau un obiectiv de microscop.

Principiile fibrelor monomodale și multimodale. Miezurile de fibre multimodale sunt mult mai mari

Fibră de menținere a polarizării: diodele laser cu un singur mod pot fi fibră standard (SMF) sau fibră de menținere a polarizării (PM). În aceasta din urmă, fibra are o structură specială de placare care menține polarizarea luminii pe toată lungimea fibrei. Tabelul de mai jos prezintă caracteristicile diferitelor tipuri de fibre monomod care mențin polarizarea oferite de Corning. Se poate observa că diametrul miezului devine foarte mic pe măsură ce lungimea de undă scade. Un punct de date interesant de notat în tabel este lungimea de undă de tăiere. Fibra monomod funcționează bine atunci când se iau în considerare lungimile de undă între lungimea de undă de tăiere și de aproximativ 1,5 ori lungimea de undă de tăiere. Sub acest interval, fibra devine multimodală, iar deasupra acestui interval, lumina poate părăsi cu ușurință fibra atunci când este îndoită.

Diode laser cuplate cu fibră monomod Acest tip de diodă laser este de obicei asamblată într-un pachet „fluture” care conține un răcitor TEC și un termistor (tendința de astăzi este către factori de formă mai mici). Diodele laser monomod cu fibră cuplate sunt de obicei capabile să producă puteri de la câteva sute de miliwați până la 1,5 wați.

Exemplu de diodă laser fluture cuplată cu fibră monomod care emite la 1064 nm (14-pin fluture standard). Aceste module cu diode laser constau dintr-un TE-Cooler, un termistor și un monitor (BFM) pentru măsurarea nivelurilor de putere optică.

Există mai multe alte stiluri de pachete pe piață. De exemplu, următoarele pachete DIL sunt adesea întâlnite pe piața de telecomunicații, sau pachete coaxiale, unde puterea este de obicei mai mică de 10mW.

Diodele laser VCSEL nu sunt de obicei cuplate cu fibre. Sunt un tip obișnuit de diode laser utilizate în aplicații de detectare a difuziei mari, cum ar fi dispozitivele mouse-ului de computer sau recunoașterea facială cu detecție 3D în smartphone-uri.

Diodele emițătoare de margine DFB și Fabry-Perrot sunt de obicei cuplate cu fibră așa cum este descris mai jos:

Diode laser Fabry-Perotcu rețele Bragg O diodă laser cuplată cu fibre „standard” este o cavitate semiconductoare parțial reflectorizante obișnuită, în care partea din spate are un înveliș puternic reflectorizant, iar partea frontală are un strat parțial reflectorizant. Dimensiunea obișnuită a unui cip cu diodă laser este de aproximativ 1*0.5*0.2mm. Principalele caracteristici tipice sunt următoarele:

Interval de putere de până la 1,5 W pentru modul unic (mult mai mult pentru modul multiplu)
Generally wide bandwidth (>1 nm)
Fasciculul de ieșire este puternic eliptic.
Pentru a reduce lățimea de bandă de emisie și pentru a îmbunătăți stabilitatea generală a diodelor laser, producătorii de diode laser adaugă adesea rețele Bragg de fibre în interiorul fibrei de ieșire.

Rețelele Bragg adaugă câteva procente de reflectivitate diodelor laser la lungimi de undă foarte precise. Acest lucru permite o reducere generală a lățimii de bandă de emisie a diodei laser. Lățimea de bandă de emisie este de obicei de 3-5 nm fără rețele Bragg, în timp ce este mult mai îngustă (~<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.

Diode laser DBR sau DFB
Dispozitivele cu diode laser DFB sau DBR integrează o secțiune de stabilizare a lungimii de undă a rețelei Bragg direct pe cipul diodei laser. Acest lucru dă de obicei o lungime de undă de emisie mai îngustă (aproximativ 10^(-5) nm) pentru un DFB de 1 MHz, mai degrabă decât aproximativ 0,1 nm pentru un Fabry-Perot cu o rețea Bragg.

4 serii de diode laser multimodale cuplate cu fibră

Emițător unic: Când cipul de diodă laser este asamblat independent pe suport și ambalat separat în modulul de diodă laser. Vorbim aici de obicei de 15 W cuplat la o diodă laser de 105 (miez)/125 µm (placare)
Emițători multipli: când mai mulți emițători sunt separați și cuplati optic împreună cu alți emițători izolați într-o fibră multimodală (Figura 19-dreapta). Ca rezultat, nivelurile de putere de ieșire pot fi scalate la sute de wați, iar dimensiunea fibrei poate fi menținută mică, cum ar fi miezul de 100 sau 200 µm.
Monobară: Când mai multe emițătoare sunt ținute împreună ca o monobară (Figura 17) și asamblate într-un modul de diodă laser. Vorbim aici de obicei în jur de 50 W, de obicei cuplat într-o diodă laser de 200 µm (miez)/240 µm (placare)
Multibar: Când mai multe bare sunt asamblate într-un pachet mare răcit cu apă și cuplate într-o fibră multimodală cu diametru mare. Vorbim aici despre 100 de wați sau chiar KW cuplati într-o fibră multimodală de 600 sau 800 µm.

Este demn de remarcat modul în care nivelurile tipice de tensiune și curent variază atunci când luăm în considerare diferitele serii:

Un singur transmițător tipic are un nivel tipic de tensiune de aproximativ 1,5 V și un curent de aproximativ 15 A.
Pentru diodele laser cu multi-emițător, emițătorii sunt asamblați în serie. Aceasta înseamnă că nivelul curentului nu se modifică (de obicei maxim 15 A), dar tensiunea crește atunci când sunt luate în considerare din ce în ce mai mulți emițători. (de ex. 4,5 V/15 A pentru o diodă laser de 60 W)
Barele de diode laser sunt asamblate în paralel cu toți emițătorii. Prin urmare, nivelul de tensiune rămâne același, dar nivelul de curent poate ajunge cu ușurință la 45 sau 50 A.
De asemenea, atunci când mai multe bare sunt asamblate împreună, acestea sunt asamblate în serie, astfel încât nivelul curentului (să zicem 45 A) nu se modifică, dar tensiunea crește în mod regulat odată cu numărul de bare.

Informații de contact:

Dacă aveți idei, nu ezitați să discutați cu noi. Indiferent unde sunt clienții noștri și care sunt cerințele noastre, ne vom urmări obiectivul de a oferi clienților noștri calitate înaltă, prețuri mici și cele mai bune servicii.