چگونه یک دیود لیزر را به یک لیزر نیمه هادی قابل تنظیم تبدیل کنیم

تبدیل دیودهای لیزر به لیزرهای نیمه هادی قابل تنظیم به طور قابل توجهی دقت و پایداری سیستم های اندازه گیری را از طریق انتخاب و کنترل دقیق طول موج بهبود می بخشد. این امر به ویژه برای کاربردهای با دقت بالا مانند تجزیه و تحلیل طیف سنجی، اندازه گیری های دقیق و تحقیقات علمی مهم است.

دیودهای لیزری
دیودهای لیزری اجزای فرعی به خوبی تثبیت شده در محصولات مصرفی مختلف مانند نشانگرهای لیزری، اسکنرهای بارکد یا درایوهای CD/DVD/Blu-ray هستند. موفقیت آنها از جمع و جور بودن، سهولت کارکرد، راندمان تبدیل بالا و کارایی بالا ناشی می شود. با این حال، طیف انتشار دیودهای لیزری لخت گسترده است و طول موج لیزر به خوبی تعریف نشده است.

به طور معمول، دو وجه انتهایی یک لوله لیزر نیمه هادی یک حفره تشدید تشکیل می دهند و حالت لیزر (طولی) را تعیین می کنند. منحنی بهره گسترده نیمه هادی چندین حالت را به طور همزمان پشتیبانی می کند که هر کدام فرکانس متفاوتی دارند. حتی دیودهایی با یک حالت طولی می‌توانند حالت پرش و پرتوهای خروجی ناپایدار طیفی را در تغییرات کوچک در دمای تراشه یا جریان درایور نشان دهند.

لیزرهای نیمه هادی قابل تنظیم

لیزرهای نیمه هادی تک فرکانس قابل تنظیم از یک دیود لیزر و یک ماژول انتخابی فرکانس، مانند یک توری، برای انتخاب و تنظیم فرکانس لیزر تشکیل شده است. ما می‌توانیم طول موج‌هایی از 190 نانومتر تا 4000 نانومتر، با پهنای خط باریک و قابلیت تنظیم - تا 120 نانومتر قابلیت تنظیم بدون حالت پرش در برخی سیستم‌ها ارائه کنیم. این لیزرها را می‌توان با تقویت‌کننده‌های مستقل تقویت کرد یا در تقویت‌کننده‌های قدرت نوسان‌گر اصلی (MOPA) تا 4 وات ادغام کرد. بیشتر سیستم‌های تقویت‌کننده لیزری از تقویت‌کننده‌های مخروطی استفاده می‌کنند. پوشش طیفی گسترده‌تری را می‌توان با لیزرهای فرکانس دوبل به دست آورد - از 190 نانومتر تا 680 نانومتر، با توان تا 1 وات. مهمترین ویژگی‌های همه این سیستم‌های لیزری نویز کم (نویز RIN کم و پهنای خط باریک) و رانش کم است. این ویژگی های عالی به مدارهای محرک لیزر بسیار خوب بستگی دارد. برای دستیابی به پایداری لیزر بالاتر، پهنای خط را می توان با استفاده از انواع مختلف ماژول های قفل کننده فرکانس لیزری که توسط مدارهای دیجیتال مناسب کنترل می شوند، به 1 هرتز کاهش داد.

انتخاب حالت
با معرفی بازخورد انتخابی فرکانس در حفره لیزر، می توان به خواص لیزر نیمه هادی عالی مانند پهنای خط انتشار باریک، طول پیوستگی زیاد، انتخاب دقیق طول موج و تنظیم یا تثبیت فرکانس انتشار دست یافت. JTBYShield دو لیزر نیمه هادی تک فرکانس قابل تنظیم را ارائه می دهد. هر دو از ساختارهای توری برای انتخاب و کنترل فرکانس انتشار استفاده می کنند. یکی از لیزرهای نیمه هادی حفره خارجی تثبیت شده با توری (ECDL) است.

این شامل یک توری نوری است که در جلوی دیود لیزر به عنوان اولین صفحه حفره تشدید نصب شده است، در حالی که صفحه حفره تشدید دوم پشت دیود است، لوله لیزر و عنصر بازخورد "حفره تشدید خارجی" را تشکیل می دهند.

نمودار شماتیک لیزر نیمه هادی حفره خارجی

روش دیگر دیودهای لیزری با توری‌های تعبیه‌شده در خود نیمه‌رسانا است: لوله‌های لیزر نیمه‌رسانا بازتاب‌دهنده براگ توزیع‌شده (DFB) و بازتابنده توزیع‌شده (DBR).

فیلتر توری، منحنی بهره نیمه هادی، حالت لوله لیزر نیمه هادی داخلی، و (در صورت وجود) حالت حفره خارجی، حالت لیزر را تعیین می کند. کنترل دقیق دما و جریان و تطابق مناسب اجزاء برای عملکرد پایدار یک حالته ضروری است.

انتخاب حالت در لیزرهای دیود حفره خارجی

نمودار شماتیک لیزر نیمه هادی حفره خارجی

شماتیک دیود لیزری DBR

تنظیم طول موج

دیودهای DFB و DBR را می توان با تنظیم جریان و/یا دما لوله لیزر نیمه هادی تنظیم طول موج کرد. آنها را می توان با حدود 1-2 نانومتر بدون هیچ حالتی تنظیم کرد.

برای تغییر طول موج ECDL، پاسخ طیفی دستگاه انتخاب کننده حالت باید تغییر کند، برای مثال با تغییر زاویه تابش روی توری. عملکرد در حالتی که بهره کل حداکثر است، باعث می شود لیزر به حالت طولی دیگری بپرد و در یک طول موج جدید منتشر شود.

تنظیم دقیق طول موج لیزر با تغییر طول حفره خارجی، که حالت طولی فعلی پشتیبانی شده توسط عملکرد تک حالته لیزر را تغییر می‌دهد، به دست می‌آید.

تنظیم بدون حالت هاپ

لیزر دی ال پرو

محدوده بزرگ تنظیم بدون هاپ حالت با تنظیم هماهنگ عوامل متعدد تعیین می شود. لیزرهای DL pro ما با تغییر همزمان زاویه توری، طول حفره خارجی و جریان لوله لیزر نیمه هادی برای دستیابی به همگام سازی بهینه، به تنظیم رایگان پرش فرکانس وسیع دست می یابند. تنظیم بدون حالت هاپ DL pro معمولاً 20-50 گیگاهرتز است، با ساختاری ناهموار و شبه مونومر برای به دست آوردن شرایط کاری پایدار.

فیلدهای کاربردی
1. کاربرد در زمینه ارتباطات
لیزرهای نیمه هادی قابل تنظیم نقش کلیدی در سیستم های ارتباطی نوری، به ویژه در سیستم های مالتی پلکسی تقسیم طول موج (WDM) و سیستم های مالتی پلکسی با تقسیم طول موج متراکم (DWDM) دارند. قابلیت تنظیم طول موج آن را قادر می سازد تا به طور انعطاف پذیر با نیازهای کانال های مختلف سازگار شود و ظرفیت انتقال و کارایی شبکه را بهبود بخشد.
2. کاربرد در زمینه پزشکی
در زمینه پزشکی، لیزرهای نیمه هادی قابل تنظیم به طور گسترده در جراحی با دقت بالا، لیزر درمانی و تصویربرداری زیست پزشکی استفاده می شود. کنترل دقیق طول موج و پایداری بالا آن را به گزینه ای ایده آل برای کاربردهایی مانند جراحی چشم، درمان پوست و درمان سرطان تبدیل کرده است.
3. کاربرد در تحقیقات علمی
لیزرهای نیمه هادی قابل تنظیم کاربردهای مهمی در تحقیقات علمی مانند تحلیل طیفی، اندازه گیری دقیق و تحقیقات اپتیک کوانتومی دارند. پهنای خط باریک و نسبت سرکوب حالت جانبی بالا آن را در اندازه‌گیری طیفی با وضوح بالا و نیازهای منبع لیزر کم‌نویز برتری می‌دهد.
4. اندازه گیری با دقت بالا
کاربرد لیزرهای نیمه هادی قابل تنظیم در اندازه گیری با دقت بالا شامل اندازه گیری فاصله، اندازه گیری سرعت و اندازه گیری کرنش است. انسجام بالا و ویژگی‌های عرض خط باریک آن، سیستم‌های اندازه‌گیری تداخل سنجی را قادر می‌سازد تا به دقت اندازه‌گیری و پایداری بسیار بالایی دست یابند.
5. تحلیل طیفی
هنگامی که لیزرهای نیمه هادی قابل تنظیم برای تجزیه و تحلیل طیفی استفاده می شوند، می توانند داده های طیفی با وضوح بالا و حساسیت بالا را ارائه دهند. کاربردهای آنها در پایش محیطی، آنالیز شیمیایی و حس زیستی به شناسایی اجزای ردیابی و تجزیه و تحلیل نمونه های پیچیده کمک می کند.
6. تداخل سنجی اسکن فرکانس نوری
استفاده از لیزرهای نیمه هادی قابل تنظیم در تداخل سنجی اسکن فرکانس نوری، اندازه گیری فاصله مطلق هدف را با تغییر فرکانس لیزر به دست می آورد. دقت بالا و طول پیوستگی طولانی آن باعث شده است که به طور گسترده در نقشه برداری زمین و اکتشافات فضایی استفاده شود.

تبدیل دیودهای لیزر به لیزرهای نیمه هادی قابل تنظیم، مکانیسم های بازخورد انتخابی فرکانس را برای دستیابی به انتخاب حالت معرفی می کند، از ساختارهای گریتینگ (مانند توری های حفره خارجی و شبکه داخلی DFB/DBR) برای کنترل تنظیم طول موج استفاده می کند و پایداری خروجی لیزر و حالت را بهینه می کند. محدوده تنظیم بدون هاپ از طریق روش های تنظیم همزمان. این نوآوری‌ها نه تنها دقت و پایداری سیستم‌های لیزری را بهبود می‌بخشند، بلکه پتانسیل کاربرد آن‌ها را در اندازه‌گیری با دقت بالا، تحلیل طیفی و محدوده تداخل سنجی اسکن فرکانس نوری گسترش می‌دهند.

JTBYShieldلیزرهای نیمه هادی قابل تنظیم تک فرکانس با کارایی بالا را ارائه می دهد که می توانند در کاربردهایی مانند طیف سنجی لیزری، بیوفوتونیک، فیزیک کوانتومی بنیادی و تشخیص/مترولوژی نیمه هادی استفاده شوند.اگر علاقه مند هستید، لطفا برای جزئیات بیشتر محصول با ما تماس بگیرید.

اطلاعات تماس:

اگر ایده ای دارید، در صورت تمایل با ما صحبت کنید. مهم نیست که مشتریان ما کجا هستند و نیازهای ما چیست، ما هدف خود را دنبال خواهیم کرد تا با کیفیت بالا، قیمت پایین و بهترین خدمات به مشتریان خود ارائه دهیم.