Vad är grunderna för fiberkopplade laserdioder?

Idag finns laserdioder överallt. De är de enklaste komponenterna för att omvandla elektrisk energi till laserkraft. Laserdioder är baserade på olika halvledarsammansatta material (GaAs, InP eller andra mer komplexa strukturer som GaN). Single-mode laserdioder är lågeffekt laserdioder (vanligtvis<1W), while multimode laser diodes are higher power devices (typically 10 W to several kW).

Fiberoptik Det finns i allmänhet två typer av aktiva fibrer som används för att koppla ljus från laserdioder:

• Single-mode fiber: kärna vanligtvis några mikrometer (t.ex. ~6 µm kärna vid 1 µm våglängd, ~9 µm kärna vid 1,5 µm våglängd)
• Multimode Fiber: Större diameter för att hantera högre nivåer av optisk kraft. Standardversioner har vanligtvis en kärndiameter på 62, 100, 200, 400, 800 eller till och med > 1000 µm. Ju mindre diameter, desto lättare är det att fokusera ljuset från fibern på en liten fläck med hjälp av en lins eller ett mikroskopobjektiv.

Principer för single-mode och multimode fiber. Multimode fiberkärnor är mycket större

Polarisationsupprätthållande fiber: Enkelmodslaserdioder kan vara standardfiber (SMF) eller polarisationsupprätthållande fiber (PM). I den senare har fibern en speciell beklädnadsstruktur som upprätthåller polariseringen av ljus över hela fiberns längd. Tabellen nedan visar egenskaperna hos olika typer av single-mode polarisations-bibehållande fibrer som erbjuds av Corning. Det kan ses att kärndiametern blir mycket liten när våglängden minskar. En intressant datapunkt att notera i tabellen är cutoff-våglängden. Single-mode fiber fungerar bra när man överväger våglängder mellan dess cutoff-våglängd och cirka 1,5 gånger den cutoff-våglängden. Under detta område blir fibern multimode, och över detta område kan ljus lätt lämna fibern när den böjs.

Single-Mode fiberkopplade laserdioder Den här typen av laserdioder är vanligtvis sammansatta i ett "fjärils"-paket som innehåller en TEC-kylare och en termistor (trenden idag går mot mindre formfaktorer). Single-mode fiberkopplade laserdioder är vanligtvis kapabla till uteffekter från några hundra milliwatt till 1,5 watt.

Exempel på en enkelmodig fiberkopplad fjärilslaserdiod som emitterar vid 1064 nm (14-stift standardfjäril). Dessa laserdiodmoduler består av en TE-kylare, en termistor och en monitor (BFM) för mätning av optiska effektnivåer.

Det finns flera andra paketstilar på marknaden. Exempelvis förekommer följande DIL-paket ofta på telekommarknaden, eller koaxialpaket, där effekten vanligtvis är mindre än 10mW.

VCSEL-laserdioder är vanligtvis inte fiberkopplade. De är en vanlig typ av laserdioder som används i stora diffusionsavkänningsapplikationer, såsom datormusenheter eller 3D-avkännande ansiktsigenkänning i smartphones.

DFB- och Fabry-Perrot-kantemitterande dioder är vanligtvis fiberkopplade enligt beskrivningen nedan:

Fabry-Perot laserdiodermed Bragg-gitter En "standard" fiberkopplad laserdiod är en vanlig delvis reflekterande halvledarkavitet där baksidan har en högreflekterande beläggning och framsidan har en delvis reflekterande beläggning. En typisk laserdiodchipstorlek är cirka 1*0,5*0,2 mm. De huvudsakliga typiska egenskaperna är följande:

Effektområde upp till 1,5 W för enkelläge (mycket mer för multiläge)
Generally wide bandwidth (>1nm)
Utgångsstrålen är starkt elliptisk.
För att minska emissionsbandbredden och förbättra den övergripande stabiliteten hos laserdioder lägger laserdiodtillverkare ofta till fiber Bragg-gitter inuti utgångsfibern.

Bragg-gitter lägger till några få procents reflektivitet till laserdioder vid mycket exakta våglängder. Detta möjliggör en total minskning av laserdiodens emissionsbandbredd. Emissionsbandbredden är vanligtvis 3-5 nm utan några Bragg-gitter, medan den är mycket smalare (~<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-laserdiodenheter integrerar en Bragg-gitter-våglängdsstabiliseringssektion direkt på laserdiodchippet. Detta ger vanligtvis en smalare emissionsvåglängd (ca 10^(-5) nm) för en 1 MHz DFB snarare än ca 0,1 nm för en Fabry-Perot med ett Bragg-gitter.

4 serier multimode fiberkopplade laserdioder

Enkelsändare: När laserdiodchipset monteras oberoende på underfästet och förpackas separat i laserdiodmodulen. Vi talar här om typiskt 15W kopplat till en 105 (kärna)/125 µm (beklädnad) laserdiod
Flera sändare: När flera sändare är separerade och optiskt kopplade tillsammans med andra isolerade sändare i en multimodfiber (Figur 19-höger). Som ett resultat kan uteffektnivåer skalas till hundratals watt, och storleken på fibern kan hållas liten, såsom 100 eller 200 µm kärna.
Monobar: När flera sändare hålls samman som en monobar (Figur 17) och monterade i en laserdiodmodul. Vi pratar här vanligtvis runt 50 W, vanligtvis kopplad till en 200 µm (kärna)/240 µm (beklädnad) laserdiod
Multibar: När flera barer är sammansatta i en stor vattenkyld förpackning och kopplas till en multimodfiber med stor diameter. Vi talar här om 100 Watt eller till och med KW kopplat till, säg, 600 eller 800 µm kärna multimodfiber.

Det är värt att notera hur typiska spännings- och strömnivåer varierar när man överväger de olika serierna:

En typisk enkelsändare har en typisk spänningsnivå på cirka 1,5 V och en ström på cirka 15 A.
För laserdioder med flera sändare är sändarna monterade i serie. Detta innebär att strömnivån inte ändras (typiskt max 15 A), men spänningen ökar när fler och fler sändare beaktas. (t.ex. 4,5V/15A för en 60 W laserdiod)
Laserdiodstavar monteras parallellt med alla sändare. Därför förblir spänningsnivån densamma, men strömnivån kan lätt nå 45 eller 50 A.
Dessutom, när flera stänger sätts ihop, monteras de i serie, så strömnivån (säg 45 A) ändras inte, men spänningen ökar regelbundet med antalet stänger.

Kontaktinformation:

Om du har några idéer får du gärna prata med oss. Oavsett var våra kunder är och vilka våra krav är, kommer vi att följa vårt mål att ge våra kunder hög kvalitet, låga priser och den bästa servicen.