Hva er det grunnleggende med fiberkoblede laserdioder?

I dag er laserdioder allestedsnærværende. De er de enkleste komponentene for å konvertere elektrisk energi til laserkraft. Laserdioder er basert på ulike halvledersammensatte materialer (GaAs, InP eller andre mer komplekse strukturer som GaN). Enkeltmodus laserdioder er laserdioder med lav effekt (vanligvis<1W), while multimode laser diodes are higher power devices (typically 10 W to several kW).

Fiberoptikk Det er generelt to typer aktive fibre som brukes til å koble lys fra laserdioder:

• Enkeltmodusfiber: kjerne vanligvis noen få mikron (f.eks. ~6 µm kjerne ved 1 µm bølgelengde, ~9 µm kjerne ved 1,5 µm bølgelengde)
• Multimode Fiber: Større diameter for å håndtere høyere nivåer av optisk kraft. Standardversjoner har typisk en kjernediameter på 62, 100, 200, 400, 800 eller til og med > 1000 µm. Jo mindre diameter, jo lettere er det å fokusere lyset fra fiberen på en liten flekk ved hjelp av en linse eller et mikroskopobjektiv.

Prinsipper for single-mode og multimode fiber. Multimode fiberkjerner er mye større

Polarisasjonsvedlikeholdende fiber: Enkeltmoduslaserdioder kan være standard fiber (SMF) eller polarisasjonsvedlikeholdende fiber (PM). I sistnevnte har fiberen en spesiell kledningsstruktur som opprettholder polarisasjonen av lys i hele fiberens lengde. Tabellen nedenfor viser egenskapene til ulike typer single-mode polarisasjonsvedlikeholdende fibre som tilbys av Corning. Man kan se at kjernediameteren blir veldig liten ettersom bølgelengden minker. Et interessant datapunkt å merke seg i tabellen er cutoff-bølgelengden. Enkeltmodusfiber fungerer bra når man vurderer bølgelengder mellom dens cutoff-bølgelengde og omtrent 1,5 ganger cutoff-bølgelengden. Under dette området blir fiberen multimodus, og over dette området kan lys lett forlate fiberen når den bøyes.

Single-Mode fiberkoblede laserdioder Denne typen laserdioder er vanligvis satt sammen i en "sommerfugl"-pakke som inneholder en TEC-kjøler og en termistor (trenden i dag går mot mindre formfaktorer). Enkeltmodus fiberkoblede laserdioder er typisk i stand til utgangseffekter fra noen få hundre milliwatt til 1,5 watt.

Eksempel på en enkeltmodus fiberkoblet sommerfugllaserdiode som sender ut ved 1064 nm (14-pin standard sommerfugl). Disse laserdiodemodulene består av en TE-kjøler, en termistor og en monitor (BFM) for måling av optiske effektnivåer.

Det er flere andre pakkestiler på markedet. For eksempel er følgende DIL-pakker ofte påtruffet i telekommarkedet, eller koaksiale pakker, der effekten vanligvis er mindre enn 10mW.

VCSEL-laserdioder er vanligvis ikke fiberkoblede. De er en vanlig type laserdiode som brukes i store diffusjonssensorer, for eksempel datamaskinmusenheter eller 3D-ansiktsgjenkjenning i smarttelefoner.

DFB- og Fabry-Perrot-kantemitterende dioder er vanligvis fiberkoblet som beskrevet nedenfor:

Fabry-Perot laserdiodermed Bragg-gitter En "standard" fiberkoblet laserdiode er et vanlig delvis reflekterende halvlederhulrom der baksiden har et sterkt reflekterende belegg og frontsiden har et delvis reflekterende belegg. En typisk laserdiodebrikkestørrelse er omtrent 1*0,5*0,2 mm. De viktigste typiske funksjonene er som følger:

Effektområde opptil 1,5 W for enkeltmodus (mye mer for multimodus)
Generally wide bandwidth (>1nm)
Utgangsstrålen er sterkt elliptisk.
For å redusere utslippsbåndbredden og forbedre den generelle stabiliteten til laserdioder, legger laserdiodeprodusenter ofte til fiber Bragg-gitter inne i utgangsfiberen.

Bragg-gitter gir noen få prosent reflektivitet til laserdioder ved svært presise bølgelengder. Dette gir mulighet for en generell reduksjon i laserdiodeutslippsbåndbredden. Emisjonsbåndbredden er vanligvis 3-5 nm uten noen Bragg-gitter, mens den er mye smalere (~<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 eller DFB laserdioder
DFB- eller DBR-laserdiodeenheter integrerer en Bragg-gitterbølgelengdestabiliseringsseksjon direkte på laserdiodebrikken. Dette gir typisk en smalere emisjonsbølgelengde (omtrent 10^(-5) nm) for en 1 MHz DFB i stedet for omtrent 0,1 nm for en Fabry-Perot med et Bragg-gitter.

4 serier med multimodus fiberkoblede laserdioder

Enkel emitter: Når laserdiodebrikken er uavhengig montert på underfestet og pakket separat i laserdiodemodulen. Vi snakker her om typisk 15W koblet til en 105 (kjerne)/125 µm (kledning) laserdiode
Flere emittere: Når flere emittere er separert og optisk koblet sammen med andre isolerte emittere i en multimodusfiber (figur 19-til høyre). Som et resultat kan utgangseffektnivåer skaleres til hundrevis av watt, og størrelsen på fiberen kan holdes liten, for eksempel 100 eller 200 µm kjerne.
Monobar: Når flere emittere holdes sammen som en monobar (Figur 17) og settes sammen i en laserdiodemodul. Vi snakker her typisk rundt 50 W, vanligvis koblet til en 200 µm (kjerne)/240 µm (kledning) laserdiode
Multibar: Når flere stenger er satt sammen i en stor vannkjølt pakke og koblet sammen i en multimodusfiber med stor diameter. Vi snakker her om 100 watt eller til og med KW koblet til for eksempel 600 eller 800 µm kjerne multimodusfiber.

Det er verdt å merke seg hvordan typiske spennings- og strømnivåer varierer når man vurderer de ulike seriene:

En typisk enkeltsender har et typisk spenningsnivå på ca. 1,5 V og en strøm på ca. 15 A.
For multi-emitter laserdioder er emitterne satt sammen i serie. Dette betyr at strømnivået ikke endres (typisk maksimalt 15 A), men spenningen øker når flere og flere sendere vurderes. (f.eks. 4,5V/15A for en 60 W laserdiode)
Laserdiodestenger monteres parallelt med alle emittere. Derfor forblir spenningsnivået det samme, men nåværende nivå kan lett nå 45 eller 50 A.
Dessuten, når flere stenger er satt sammen, settes de sammen i serie, slik at strømnivået (si 45 A) ikke endres, men spenningen øker regelmessig med antall barer.

Kontaktinformasjon:

Hvis du har noen ideer, snakk gjerne med oss. Uansett hvor kundene våre er og hvilke krav vi har, vil vi følge vårt mål om å gi våre kunder høy kvalitet, lave priser og den beste servicen.