Какви са основите на свързаните с влакна лазерни диоди?

Днес лазерните диоди са повсеместни. Те са най-простите компоненти за преобразуване на електрическа енергия в лазерна енергия. Лазерните диоди се основават на различни полупроводникови съставни материали (GaAs, InP или други по-сложни структури като GaN). Едномодовите лазерни диоди са лазерни диоди с ниска мощност (обикновено<1W), while multimode laser diodes are higher power devices (typically 10 W to several kW).

Оптични влакна Обикновено има два вида активни влакна, използвани за свързване на светлина от лазерни диоди:

• Едномодово влакно: сърцевина обикновено няколко микрона (напр. ~6 µm сърцевина при 1 µm дължина на вълната, ~9 µm сърцевина при 1,5 µm дължина на вълната)
• Многомодово влакно: По-голям диаметър за справяне с по-високи нива на оптична мощност. Стандартните версии обикновено имат диаметър на сърцевината от 62, 100, 200, 400, 800 или дори > 1000 µm. Колкото по-малък е диаметърът, толкова по-лесно е да се фокусира светлината от влакното върху малко петно ​​с помощта на леща или обектив на микроскоп.

Принципи на едномодовото и многомодовото влакно. Ядрата на многомодовите влакна са много по-големи

Влакно, поддържащо поляризация: Едномодовите лазерни диоди могат да бъдат стандартно влакно (SMF) или влакно, поддържащо поляризация (PM). При последното влакното има специална облицовъчна структура, която поддържа поляризацията на светлината по цялата дължина на влакното. Таблицата по-долу показва характеристиките на различни видове едномодови влакна, поддържащи поляризацията, предлагани от Corning. Може да се види, че диаметърът на сърцевината става много малък с намаляване на дължината на вълната. Интересна точка от данни, която трябва да се отбележи в таблицата, е граничната дължина на вълната. Едномодовото влакно работи добре, когато се вземат предвид дължини на вълната между неговата дължина на вълната на прекъсване и около 1,5 пъти тази дължина на вълната на прекъсване. Под този диапазон влакното става многомодово, а над този диапазон светлината може лесно да напусне влакното, когато се огъне.

Едномодови лазерни диоди, свързани с влакна Този тип лазерен диод обикновено се сглобява в пакет "пеперуда", който съдържа TEC охладител и термистор (днешната тенденция е към по-малки форм-фактори). Едномодовите лазерни диоди, свързани с влакна, обикновено имат изходна мощност от няколкостотин миливата до 1,5 вата.

Пример за едномодов лазерен диод тип пеперуда, свързан с влакна, излъчващ при 1064 nm (14-стандартна пеперуда). Тези лазерни диодни модули се състоят от TE-Cooler, термистор и монитор (BFM) за измерване на нивата на оптична мощност.

На пазара има няколко други стила опаковки. Например, следните DIL пакети често се срещат на телекомуникационния пазар или коаксиални пакети, където мощността обикновено е по-малка от 10mW.

VCSEL лазерните диоди обикновено не са свързани с влакна. Те са често срещан тип лазерен диод, използван в приложения за големи дифузионни сензори, като компютърни мишки или 3D сензорно разпознаване на лица в смартфони.

DFB и Fabry-Perrot крайно излъчващи диоди обикновено са свързани с влакна, както е описано по-долу:

Лазерни диоди на Фабри-Перос брегови решетки „Стандартен“ лазерен диод, свързан с влакна, е обикновена частично отразяваща полупроводникова кухина, в която задната страна има силно отразяващо покритие, а предната страна има частично отразяващо покритие. Типичният размер на лазерен диоден чип е около 1*0.5*0.2 mm. Основните типични характеристики са следните:

Диапазон на мощност до 1,5 W за единичен режим (много повече за многомодов)
Generally wide bandwidth (>1нм)
Изходният лъч е силно елиптичен.
За да намалят честотната лента на емисиите и да подобрят цялостната стабилност на лазерните диоди, производителите на лазерни диоди често добавят влакнести брегови решетки вътре в изходното влакно.

Браг решетките добавят няколко процента отразяваща способност към лазерните диоди при много точни дължини на вълните. Това позволява цялостно намаляване на честотната лента на излъчване на лазерния диод. Честотната лента на излъчване обикновено е 3-5 nm без никакви Брагови решетки, докато е много по-тясна (~<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 или DFB лазерни диоди
Устройствата с лазерен диод DFB или DBR интегрират секция за стабилизиране на дължината на вълната на Bragg решетка директно върху чипа на лазерния диод. Това обикновено дава по-тясна дължина на вълната на излъчване (около 10^(-5) nm) за 1 MHz DFB вместо около 0,1 nm за Fabry-Perot с решетка на Bragg.

4 серии многомодови лазерни диоди, свързани с влакна

Единичен излъчвател: Когато лазерният диоден чип е независимо сглобен на подкрепителната стойка и е опакован отделно в лазерния диоден модул. Тук говорим за обикновено 15 W, свързани с 105 (ядро)/125 µm (обвивка) лазерен диод
Множество излъчватели: Когато множество излъчватели са разделени и оптично свързани заедно с други изолирани излъчватели в многомодово влакно (Фигура 19-вдясно). В резултат на това нивата на изходна мощност могат да бъдат мащабирани до стотици вата, а размерът на влакното може да се поддържа малък, като сърцевина от 100 или 200 µm.
Монобар: Когато множество емитери се държат заедно като монобар (Фигура 17) и се сглобяват в лазерен диоден модул. Тук говорим обикновено за около 50 W, обикновено свързани в 200 µm (ядро)/240 µm (обвивка) лазерен диод
Multibar: Когато множество пръти са сглобени в голяма опаковка с водно охлаждане и свързани в многомодово влакно с голям диаметър. Тук говорим за 100 вата или дори KW, свързани в, да речем, 600 или 800 µm многомодово влакно със сърцевина.

Струва си да се отбележи как типичните нива на напрежение и ток варират при разглеждане на различните серии:

Типичният единичен предавател има типично ниво на напрежение от около 1,5 V и ток от около 15 A.
За многоемитерни лазерни диоди емитерите се сглобяват последователно. Това означава, че нивото на тока не се променя (обикновено максимум 15 A), но напрежението се увеличава, когато се вземат предвид все повече и повече излъчватели. (напр. 4,5 V/15 A за 60 W лазерен диод)
Лазерните диодни шини се монтират паралелно с всички излъчватели. Следователно нивото на напрежението остава същото, но нивото на тока може лесно да достигне 45 или 50 A.
Освен това, когато множество шини се сглобяват заедно, те се сглобяват последователно, така че текущото ниво (да речем 45 A) не се променя, но напрежението се увеличава редовно с броя на шините.

Информация за връзка:

Ако имате някакви идеи, не се колебайте да говорите с нас. Без значение къде са нашите клиенти и какви са нашите изисквания, ние ще следваме нашата цел да предоставим на нашите клиенти високо качество, ниски цени и най-доброто обслужване.