ما هي أساسيات الثنائيات الليزرية المقترنة بالألياف؟

اليوم ، ثنائيات الليزر موجودة في كل مكان. إنها أبسط المكونات لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ليزر. تعتمد الثنائيات الليزرية على مختلف المواد المركبة من أشباه الموصلات (GaAs أو InP أو غيرها من الهياكل الأكثر تعقيدًا مثل GaN). ثنائيات الليزر أحادية الوضع هي ثنائيات ليزر منخفضة الطاقة (نموذجيًا<1W), while multimode laser diodes are higher power devices (typically 10 W to several kW).

الألياف الضوئية بشكل عام هناك نوعان من الألياف النشطة المستخدمة لمزاوجة الضوء من ثنائيات الليزر:

• الألياف أحادية الوضع: النواة عادة بضعة ميكرونات (على سبيل المثال ~ 6 ميكرومتر الأساسية عند 1 ميكرومتر من الطول الموجي ، ~ 9 ميكرومتر الأساسية عند 1.5 ميكرومتر من الطول الموجي)
• الألياف متعددة الأوضاع: قطر أكبر للتعامل مع مستويات أعلى من الطاقة الضوئية. الإصدارات القياسية لها قطر أساسي يبلغ 62 ، 100 ، 200 ، 400 ، 800 أو حتى> 1000 ميكرومتر. كلما كان القطر أصغر ، كان من الأسهل تركيز الضوء من الألياف على بقعة صغيرة باستخدام عدسة أو هدف مجهر.

مبادئ الألياف أحادية الوضع ومتعددة الوسائط. نوى الألياف متعددة الأوضاع أكبر من ذلك بكثير

الألياف التي تحافظ على الاستقطاب: يمكن أن تكون ثنائيات الليزر أحادية الوضع عبارة عن ألياف قياسية (SMF) أو ألياف تحافظ على الاستقطاب (PM). في الأخير ، تحتوي الألياف على هيكل غلاف خاص يحافظ على استقطاب الضوء على طول الألياف. يوضح الجدول أدناه خصائص الأنواع المختلفة من ألياف الحفاظ على الاستقطاب أحادية النمط التي تقدمها شركة Corning. يمكن ملاحظة أن قطر النواة يصبح صغيرًا جدًا مع انخفاض الطول الموجي. نقطة البيانات المثيرة للاهتمام التي يجب ملاحظتها في الجدول هي الطول الموجي المقطوع. تعمل الألياف أحادية الوضع بشكل جيد عند النظر في الأطوال الموجية بين الطول الموجي المقطوع وحوالي 1.5 مرة من الطول الموجي المقطوع. تحت هذا النطاق ، تصبح الألياف متعددة الأوضاع ، وفوق هذا النطاق ، يمكن للضوء أن يترك الألياف بسهولة عند الانحناء.

ثنائيات الليزر أحادية الوضع المقترنة بالألياف يتم تجميع هذا النوع من الصمامات الثنائية الليزرية في حزمة "الفراشة" التي تحتوي على مبرد TEC وثرمستور (الاتجاه اليوم نحو عوامل الشكل الأصغر). عادةً ما تكون ثنائيات الليزر أحادية الوضع المقترنة بالألياف قادرة على إنتاج طاقات من بضع مئات من الملي واط إلى 1.5 واط.

مثال على الصمام الثنائي الليزري الفراشي المقترن بالألياف أحادي الوضع الذي يصدر عند 1064 نانومتر (14- دبوس الفراشة القياسي). تتكون وحدات الصمام الثنائي بالليزر من TE-Cooler ، ومقاوم حراري ، وشاشة (BFM) لقياس مستويات الطاقة الضوئية.

هناك العديد من أنماط الحزم الأخرى في السوق. على سبيل المثال ، غالبًا ما يتم العثور على حزم DIL التالية في سوق الاتصالات ، أو الحزم المحورية ، حيث تكون الطاقة عادةً أقل من 10 ميجاوات.

عادة لا تكون ثنائيات الليزر VCSEL مقترنة بالألياف. إنها نوع شائع من صمامات الليزر المستخدمة في تطبيقات استشعار الانتشار الواسع ، مثل أجهزة فأرة الكمبيوتر أو التعرف على الوجه ثلاثي الأبعاد في الهواتف الذكية.

عادةً ما تكون الثنائيات الباعثة للحافة DFB و Fabry-Perrot مقترنة بالألياف كما هو موضح أدناه:

ثنائيات ليزر فابري بيروتمع حواجز شبكية Bragg يعتبر الصمام الثنائي الليزري "القياسي" المقترن بالألياف تجويفًا شائعًا لأشباه الموصلات العاكس جزئيًا حيث يكون للجانب الخلفي طبقة عاكسة للغاية والجانب الأمامي به طلاء عاكس جزئيًا. يبلغ حجم رقاقة الصمام الثنائي الليزري النموذجي حوالي 1 * 0. 5 * 0. 2 مم. الميزات النموذجية الرئيسية هي كما يلي:

نطاق طاقة يصل إلى 1.5 واط للوضع الفردي (أكثر بكثير للوضع المتعدد)
Generally wide bandwidth (>1 نانومتر)
شعاع الإخراج بيضاوي الشكل بقوة.
لتقليل عرض النطاق الترددي للانبعاثات وتحسين الاستقرار العام لثنائيات الليزر ، غالبًا ما يضيف مصنعو الصمام الثنائي الليزري حواجز شبكية من الألياف Bragg داخل ألياف الإخراج.

تضيف حواجز Bragg نسبة قليلة من الانعكاس إلى صمامات الليزر بأطوال موجية دقيقة للغاية. وهذا يسمح بتخفيض إجمالي في عرض النطاق الترددي لانبعاث الصمام الثنائي لليزر. عادةً ما يكون عرض النطاق الترددي للانبعاث 3-5 نانومتر بدون أي حواجز شبكية Bragg ، بينما يكون أضيق كثيرًا (~<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.

ديودات الليزر DBR أو DFB
تدمج أجهزة الصمام الثنائي الليزري DFB أو DBR قسم تثبيت الطول الموجي المشبك Bragg مباشرة على شريحة الصمام الثنائي الليزري. يعطي هذا عادةً طول موجة انبعاث أضيق (حوالي 1 0 ^ (-5) نانومتر) لمحرك DFB 1 ميجاهرتز بدلاً من حوالي 0.1 نانومتر لـ Fabry-Perot مع مقضب Bragg.

4 سلسلات من ثنائيات الليزر متعددة الأوضاع المقترنة بالألياف

باعث واحد: عندما يتم تجميع شريحة الصمام الثنائي بالليزر بشكل مستقل على التركيب الفرعي وتعبئتها بشكل منفصل في وحدة الصمام الثنائي لليزر. نحن نتحدث هنا عادة عن 15 وات مقترنة بصمام ثنائي ليزر 105 (نواة) / 125 ميكرون (تكسية)
بواعث متعددة: عند فصل عدة بواعث وتقترن بصريًا مع بواعث أخرى معزولة في ألياف متعددة الأنماط (الشكل 19- على اليمين). نتيجة لذلك ، يمكن زيادة مستويات طاقة الخرج إلى مئات الواط ، ويمكن إبقاء حجم الألياف صغيرًا ، مثل 100 أو 200 ميكرومتر.
مونوبار: عندما يتم تجميع بواعث متعددة معًا على شكل أحادي (الشكل 17) ويتم تجميعها في وحدة ليزر ديود. نحن نتحدث هنا عادةً حول 50 واط ، مقترنة عادةً بصمام ليزر ثنائي 200 ميكرومتر (لب) / 240 ميكرومتر (تكسية)
Multibar: عندما يتم تجميع قضبان متعددة في عبوة كبيرة مبردة بالماء ومُقترنة بألياف متعددة الأنماط ذات قطر كبير. نحن نتحدث هنا عن 100 واط أو حتى كيلوواط مقترنة ، على سبيل المثال ، 600 أو 800 ميكرومتر من الألياف متعددة الأوضاع الأساسية.

تجدر الإشارة إلى مدى اختلاف مستويات الجهد والتيار النموذجية عند النظر في السلاسل المختلفة:

يحتوي جهاز إرسال فردي نموذجي على مستوى جهد نموذجي يبلغ حوالي 1.5 فولت والتيار حوالي 15 أمبير.
بالنسبة لثنائيات الليزر متعددة الباعث ، يتم تجميع البواعث في سلسلة. هذا يعني أن المستوى الحالي لا يتغير (عادة بحد أقصى 15 أمبير) ، لكن الجهد يزداد عندما يؤخذ في الاعتبار المزيد والمزيد من بواعث. (على سبيل المثال 4.5 فولت / 15 أمبير لصمام ليزر ثنائي 60 واط)
يتم تجميع قضبان الصمام الثنائي بالليزر بالتوازي مع جميع بواعث. لذلك ، يظل مستوى الجهد كما هو ، لكن المستوى الحالي يمكن أن يصل بسهولة إلى 45 أو 50 أ.
أيضًا ، عندما يتم تجميع عدة أشرطة معًا ، يتم تجميعها في سلسلة ، وبالتالي لا يتغير المستوى الحالي (على سبيل المثال 45 أ) ، لكن الجهد يزداد بانتظام مع عدد القضبان.

معلومات الاتصال:

إذا كانت لديك أية أفكار ، فلا تتردد في التحدث إلينا. بغض النظر عن مكان وجود عملائنا ومتطلباتنا ، سوف نتبع هدفنا لتزويد عملائنا بجودة عالية وأسعار منخفضة وأفضل خدمة.