اصول دیودهای لیزر جفت شده با فیبر چیست؟

امروزه دیودهای لیزر در همه جا وجود دارند. آنها ساده ترین اجزا برای تبدیل انرژی الکتریکی به نیروی لیزر هستند. دیودهای لیزر بر اساس مواد ترکیبی نیمه هادی مختلف (GaAs، InP یا دیگر ساختارهای پیچیده تر مانند GaN) ساخته شده اند. دیودهای لیزر تک حالته دیودهای لیزری کم توان هستند (معمولا<1W), while multimode laser diodes are higher power devices (typically 10 W to several kW).

فیبر نوری به طور کلی دو نوع فیبر فعال برای جفت کردن نور از دیودهای لیزر استفاده می شود:

• فیبر تک حالته: هسته معمولاً چند میکرون است (به عنوان مثال هسته ~6 میکرومتر در طول موج 1 میکرومتر، هسته ~9 میکرومتر در طول موج 1.5 میکرومتر)
• فیبر چند حالته: قطر بزرگتر برای مدیریت سطوح بالاتر قدرت نوری. نسخه های استاندارد معمولاً دارای قطر هسته 62، 100، 200، 400، 800 یا حتی > 1000 میکرومتر هستند. هرچه قطر کوچکتر باشد، تمرکز نور از فیبر بر روی یک نقطه کوچک با استفاده از یک عدسی یا میکروسکوپ آسان تر است.

اصول فیبر تک حالته و چند حالته. هسته های فیبر چند حالته بسیار بزرگتر هستند

فیبر نگهدارنده پلاریزاسیون: دیودهای لیزر تک حالته می توانند فیبر استاندارد (SMF) یا فیبر حفظ قطبی (PM) باشند. در مورد دوم، فیبر دارای ساختار روکش ویژه ای است که قطبش نور را در طول فیبر حفظ می کند. جدول زیر ویژگی های انواع فیبرهای نگهدارنده پلاریزاسیون تک حالته ارائه شده توسط Corning را نشان می دهد. مشاهده می شود که قطر هسته با کاهش طول موج بسیار کوچک می شود. یک داده جالب توجه در جدول، طول موج قطع است. فیبر تک حالته هنگام در نظر گرفتن طول موج بین طول موج قطع آن و حدود 1.5 برابر طول موج قطع به خوبی کار می کند. در زیر این محدوده، فیبر به حالت چند حالته تبدیل می شود و بالاتر از این محدوده، نور به راحتی می تواند فیبر را در هنگام خم شدن ترک کند.

دیودهای لیزری فیبر کوپل شده تک حالته این نوع دیودهای لیزری معمولاً در یک بسته "پروانه" که حاوی یک خنک کننده TEC و یک ترمیستور است مونتاژ می شود (گرایش امروزی به سمت فاکتورهای شکل کوچکتر است). دیودهای لیزری فیبر کوپل تک حالته معمولاً توان خروجی از چند صد میلی وات تا 1.5 وات را دارند.

مثالی از یک دیود لیزر پروانه ای جفت شده با فیبر تک حالته که در 1064 نانومتر ساطع می کند (14-پروانه استاندارد پین). این ماژول های دیود لیزری از یک خنک کننده TE، یک ترمیستور و یک نمایشگر (BFM) برای اندازه گیری سطوح توان نوری تشکیل شده اند.

چندین سبک بسته بندی دیگر نیز در بازار وجود دارد. به عنوان مثال، بسته‌های DIL زیر اغلب در بازار مخابرات یا بسته‌های کواکسیال که معمولاً قدرت کمتر از 10 میلی‌وات است، دیده می‌شوند.

دیودهای لیزر VCSEL معمولاً فیبر جفت نمی شوند. آنها نوع رایجی از دیودهای لیزری هستند که در کاربردهای سنجش انتشار بزرگ، مانند دستگاه‌های ماوس رایانه یا تشخیص چهره با سنجش سه بعدی در گوشی‌های هوشمند استفاده می‌شوند.

دیودهای ساطع کننده لبه DFB و Fabry-Perrot معمولاً با فیبر جفت می شوند که در زیر توضیح داده شده است:

دیودهای لیزری Fabry-Peroبا توری های براگ دیود لیزر جفت شده با فیبر "استاندارد" یک حفره نیمه هادی نیمه انعکاسی معمولی است که در آن قسمت پشتی دارای یک پوشش بسیار بازتابنده و قسمت جلویی دارای یک پوشش نیمه بازتابنده است. اندازه تراشه دیود لیزر معمولی حدود 1*{2}}.5*{4}}.2 میلی‌متر است. ویژگی های معمولی اصلی به شرح زیر است:

محدوده توان تا 1.5 وات برای حالت تک (خیلی بیشتر برای چند حالته)
Generally wide bandwidth (>1 نانومتر)
پرتو خروجی به شدت بیضوی است.
برای کاهش پهنای باند انتشار و بهبود پایداری کلی دیودهای لیزر، سازندگان دیود لیزر اغلب توری های فیبر Bragg را در داخل فیبر خروجی اضافه می کنند.

گریتینگ های براگ در طول موج های بسیار دقیق، بازتاب چند درصدی به دیودهای لیزری اضافه می کنند. این امکان کاهش کلی در پهنای باند انتشار دیود لیزر را فراهم می کند. پهنای باند انتشار معمولاً 3-5 نانومتر بدون هیچ گریتینگ براگ است، در حالی که بسیار باریکتر است (~<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.

دیودهای لیزر DBR یا DFB
دستگاه های دیود لیزر DFB یا DBR یک بخش تثبیت طول موج گریتینگ براگ را مستقیماً روی تراشه دیود لیزر ادغام می کنند. این معمولاً طول موج انتشار باریک‌تری (حدود 10^(-5) نانومتر) برای DFB 1 مگاهرتز به جای حدود 0.1 نانومتر برای Fabry-Pero با گریتینگ Bragg می‌دهد.

4 سری از دیودهای لیزر چند حالته فیبر کوپل شده

Single Emitter: زمانی که تراشه دیود لیزر به طور مستقل بر روی ساب مانت مونتاژ شده و به طور جداگانه در ماژول دیود لیزر بسته بندی می شود. ما در اینجا صحبت از 15 وات است که به یک دیود لیزر 105 (هسته) / 125 میکرومتر (پوشش) متصل می شود.
ساطع کننده های چندگانه: هنگامی که چندین امیتر از هم جدا شده و به صورت نوری با سایر امیترهای ایزوله در یک فیبر چند حالته جفت می شوند (شکل 19-راست). در نتیجه، سطوح توان خروجی را می توان به صدها وات کاهش داد و اندازه فیبر را می توان کوچک نگه داشت، مانند هسته 100 یا 200 میکرومتر.
Monobar: هنگامی که چندین قطره چکان به عنوان یک تک نوار در کنار هم قرار می گیرند (شکل 17) و در یک ماژول دیود لیزر مونتاژ می شوند. ما در اینجا معمولاً حدود 50 وات صحبت می کنیم که معمولاً به یک دیود لیزر 200 میکرومتر (هسته) / 240 میکرومتر (روکش) متصل می شود.
Multibar: هنگامی که چندین میله در یک بسته بزرگ خنک کننده با آب مونتاژ می شوند و در یک فیبر چند حالته با قطر بزرگ جفت می شوند. ما در اینجا در مورد 100 وات یا حتی کیلووات صحبت می کنیم که مثلاً در فیبر چند حالته هسته 600 یا 800 میکرومتر کوپل شده است.

شایان ذکر است که چگونه سطوح ولتاژ و جریان معمولی با در نظر گرفتن سری های مختلف متفاوت است:

یک فرستنده معمولی دارای سطح ولتاژ معمولی حدود 1.5 ولت و جریانی در حدود 15 آمپر است.
برای دیودهای لیزری چند امیتر، امیترها به صورت سری مونتاژ می شوند. این بدان معنی است که سطح جریان تغییر نمی کند (معمولا حداکثر 15 A)، اما زمانی که قطره چکان های بیشتر و بیشتری در نظر گرفته می شود ولتاژ افزایش می یابد. (به عنوان مثال 4.5 ولت / 15 آمپر برای دیود لیزر 60 وات)
میله های دیود لیزر به موازات همه امیترها مونتاژ می شوند. بنابراین، سطح ولتاژ ثابت می ماند، اما سطح جریان می تواند به راحتی به 45 یا 50 آمپر برسد.
همچنین، هنگامی که چندین میله با هم مونتاژ می شوند، به صورت سری مونتاژ می شوند، بنابراین سطح جریان (مثلاً 45 A) تغییر نمی کند، اما ولتاژ به طور منظم با تعداد میله ها افزایش می یابد.

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.