Ποια είναι τα βασικά των διόδων λέιζερ συζευγμένων με ίνες;

Σήμερα, οι δίοδοι λέιζερ είναι πανταχού παρούσες. Είναι τα απλούστερα εξαρτήματα για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε ισχύ λέιζερ. Οι δίοδοι λέιζερ βασίζονται σε διάφορα σύνθετα υλικά ημιαγωγών (GaAs, InP ή άλλες πιο πολύπλοκες δομές όπως το GaN). Οι δίοδοι λέιζερ μονής λειτουργίας είναι δίοδοι λέιζερ χαμηλής ισχύος (συνήθως<1W), while multimode laser diodes are higher power devices (typically 10 W to several kW).

Οπτικές ίνες Υπάρχουν γενικά δύο τύποι ενεργών ινών που χρησιμοποιούνται για τη σύζευξη του φωτός από τις διόδους λέιζερ:

• Μονότροπη ίνα: πυρήνας συνήθως μερικά μικρά (π.χ. ~6 μm πυρήνας σε μήκος κύματος 1 μm, πυρήνας ~9 μm σε μήκος κύματος 1,5 μm)
• Multimode Fiber: Μεγαλύτερη διάμετρος για χειρισμό υψηλότερων επιπέδων οπτικής ισχύος. Οι τυπικές εκδόσεις έχουν συνήθως διάμετρο πυρήνα 62, 100, 200, 400, 800 ή ακόμα και > 1000 μm. Όσο μικρότερη είναι η διάμετρος, τόσο πιο εύκολο είναι να εστιάσετε το φως από την ίνα σε ένα μικρό σημείο χρησιμοποιώντας φακό ή αντικειμενικό μικροσκόπιο.

Αρχές μονοτροπικής και πολυτροπικής ίνας. Οι πολυτροπικοί πυρήνες ινών είναι πολύ μεγαλύτεροι

Ίνα διατήρησης πόλωσης: Οι δίοδοι λέιζερ μονής λειτουργίας μπορεί να είναι τυπικές ίνες (SMF) ή ίνες διατήρησης πόλωσης (PM). Στο τελευταίο, η ίνα έχει μια ειδική δομή επένδυσης που διατηρεί την πόλωση του φωτός σε όλο το μήκος της ίνας. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τα χαρακτηριστικά των διαφόρων τύπων ινών διατήρησης πόλωσης μονής λειτουργίας που προσφέρει η Corning. Μπορεί να φανεί ότι η διάμετρος του πυρήνα γίνεται πολύ μικρή καθώς το μήκος κύματος μειώνεται. Ένα ενδιαφέρον σημείο δεδομένων που πρέπει να σημειωθεί στον πίνακα είναι το μήκος κύματος αποκοπής. Η ίνα μονής λειτουργίας λειτουργεί καλά όταν εξετάζουμε μήκη κύματος μεταξύ του μήκους κύματος αποκοπής και περίπου 1,5 φορές αυτού του μήκους κύματος αποκοπής. Κάτω από αυτό το εύρος, η ίνα γίνεται πολύτροπη και πάνω από αυτό το εύρος, το φως μπορεί εύκολα να φύγει από την ίνα όταν λυγίσει.

Διόδους λέιζερ με σύζευξη ινών μονής λειτουργίας Αυτός ο τύπος διόδου λέιζερ συνήθως συναρμολογείται σε μια συσκευασία "πεταλούδας" που περιέχει ένα ψυγείο TEC και ένα θερμίστορ (η τάση σήμερα είναι προς μικρότερους παράγοντες μορφής). Οι δίοδοι λέιζερ συζευγμένων με ίνες μονής λειτουργίας είναι συνήθως ικανές να παράγουν ισχύ από μερικές εκατοντάδες milliwatts έως 1,5 watt.

Παράδειγμα διόδου λέιζερ πεταλούδας μονής λειτουργίας συζευγμένης με ίνες που εκπέμπει στα 1064 nm (14-συνήθης πεταλούδα καρφίτσας). Αυτές οι μονάδες διόδου λέιζερ αποτελούνται από ένα TE-Cooler, ένα θερμίστορ και μια οθόνη (BFM) για τη μέτρηση των επιπέδων οπτικής ισχύος.

Υπάρχουν πολλά άλλα στυλ συσκευασίας στην αγορά. Για παράδειγμα, τα ακόλουθα πακέτα DIL συναντώνται συχνά στην αγορά τηλεπικοινωνιών ή ομοαξονικά πακέτα, όπου η ισχύς είναι συνήθως μικρότερη από 10 mW.

Οι δίοδοι λέιζερ VCSEL συνήθως δεν συνδέονται με ίνες. Είναι ένας κοινός τύπος διόδων λέιζερ που χρησιμοποιείται σε μεγάλες εφαρμογές ανίχνευσης διάχυσης, όπως συσκευές ποντικιού υπολογιστή ή αναγνώριση προσώπου με ανίχνευση 3D σε smartphone.

Οι δίοδοι εκπομπής άκρων DFB και Fabry-Perrot συνήθως συνδέονται με ίνες όπως περιγράφεται παρακάτω:

Δίοδοι λέιζερ Fabry-Perotμε σχάρες Bragg Μια "τυποποιημένη" δίοδος λέιζερ συζευγμένη με ίνες είναι μια κοινή μερικώς ανακλαστική κοιλότητα ημιαγωγών στην οποία η πίσω πλευρά έχει μια εξαιρετικά ανακλαστική επίστρωση και η μπροστινή πλευρά έχει μια μερικώς ανακλαστική επίστρωση. Ένα τυπικό μέγεθος τσιπ διόδου λέιζερ είναι περίπου 1*0,5*0,2 mm. Τα κύρια τυπικά χαρακτηριστικά είναι τα εξής:

Εύρος ισχύος έως 1,5 W για single mode (πολύ περισσότερο για multimode)
Generally wide bandwidth (>1 nm)
Η δέσμη εξόδου είναι έντονα ελλειπτική.
Για τη μείωση του εύρους ζώνης εκπομπής και τη βελτίωση της συνολικής σταθερότητας των διόδων λέιζερ, οι κατασκευαστές διόδων λέιζερ συχνά προσθέτουν σχάρες Bragg ινών μέσα στην ίνα εξόδου.

Οι σχάρες Bragg προσθέτουν ανακλαστικότητα μερικών τοις εκατό στις διόδους λέιζερ σε πολύ ακριβή μήκη κύματος. Αυτό επιτρέπει τη συνολική μείωση του εύρους ζώνης εκπομπής διόδου λέιζερ. Το εύρος ζώνης εκπομπής είναι συνήθως 3-5 nm χωρίς πλέγματα Bragg, ενώ είναι πολύ στενότερο (~<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.

Δίοδοι λέιζερ DBR ή DFB
Οι συσκευές διόδου λέιζερ DFB ή DBR ενσωματώνουν ένα τμήμα σταθεροποίησης μήκους κύματος πλέγματος Bragg απευθείας στο τσιπ διόδου λέιζερ. Αυτό συνήθως δίνει ένα μικρότερο μήκος κύματος εκπομπής (περίπου 10^(-5) nm) για DFB 1 MHz αντί περίπου 0,1 nm για Fabry-Perot με πλέγμα Bragg.

4 Σειρά πολύτροπων διόδων λέιζερ συζευγμένων με ίνες

Single Emitter: Όταν το τσιπ της διόδου λέιζερ συναρμολογείται ανεξάρτητα στην υπομονάδα και συσκευάζεται χωριστά στη μονάδα διόδου λέιζερ. Μιλάμε εδώ για τυπικά 15 W σε συνδυασμό με μια δίοδο λέιζερ 105 (πυρήνα)/125 μm (επένδυση)
Πολλαπλοί εκπομποί: Όταν πολλαπλοί εκπομποί διαχωρίζονται και συνδέονται οπτικά μαζί με άλλους απομονωμένους εκπομπούς σε μια πολυτροπική ίνα (Εικόνα 19-δεξιά). Ως αποτέλεσμα, τα επίπεδα ισχύος εξόδου μπορούν να κλιμακωθούν σε εκατοντάδες watt και το μέγεθος της ίνας μπορεί να διατηρηθεί μικρό, όπως πυρήνα 100 ή 200 μm.
Monobar: Όταν πολλαπλοί πομποί συγκρατούνται μαζί ως monobar (Εικόνα 17) και συναρμολογούνται σε μια μονάδα διόδου λέιζερ. Μιλάμε εδώ συνήθως γύρω στα 50 W, συνήθως συζευγμένα σε μια δίοδο λέιζερ 200 μm (πυρήνας)/240 μm (επένδυση)
Multibar: Όταν πολλαπλές ράβδοι συναρμολογούνται σε μια μεγάλη υδρόψυκτη συσκευασία και συνδέονται σε μια πολύτροπη ίνα μεγάλης διαμέτρου. Μιλάμε εδώ για 100 Watt ή ακόμα και KW σε συνδυασμό, ας πούμε, σε πολυτροπική ίνα πυρήνα 600 ή 800 μm.

Αξίζει να σημειωθεί πώς ποικίλλουν τα τυπικά επίπεδα τάσης και ρεύματος όταν εξετάζουμε τις διάφορες σειρές:

Ένας τυπικός απλός πομπός έχει τυπικό επίπεδο τάσης περίπου 1,5 V και ρεύμα περίπου 15 Α.
Για τις διόδους λέιζερ πολλαπλών εκπομπών, οι πομποί συναρμολογούνται σε σειρά. Αυτό σημαίνει ότι το επίπεδο ρεύματος δεν αλλάζει (συνήθως το μέγιστο 15 A), αλλά η τάση αυξάνεται όταν λαμβάνονται υπόψη όλο και περισσότεροι εκπομποί. (π.χ. 4,5V/15A για δίοδο λέιζερ 60 W)
Οι ράβδοι διόδου λέιζερ συναρμολογούνται παράλληλα με όλους τους εκπομπούς. Επομένως, το επίπεδο τάσης παραμένει το ίδιο, αλλά το επίπεδο ρεύματος μπορεί εύκολα να φτάσει τα 45 ή 50 A.
Επίσης, όταν συναρμολογούνται πολλές ράβδοι μαζί, συναρμολογούνται σε σειρά, οπότε το επίπεδο ρεύματος (ας πούμε 45 A) δεν αλλάζει, αλλά η τάση αυξάνεται τακτικά με τον αριθμό των ράβδων.

Στοιχεία επικοινωνίας:

Εάν έχετε οποιεσδήποτε ιδέες, μη διστάσετε να μιλήσετε μαζί μας. Ανεξάρτητα από το πού βρίσκονται οι πελάτες μας και ποιες είναι οι απαιτήσεις μας, θα ακολουθήσουμε τον στόχο μας να παρέχουμε στους πελάτες μας υψηλή ποιότητα, χαμηλές τιμές και την καλύτερη εξυπηρέτηση.