Mitkä ovat kuitukytkentäisten laserdiodien perusteet?

Nykyään laserdiodit ovat kaikkialla. Ne ovat yksinkertaisimpia komponentteja sähköenergian muuntamiseksi lasertehoksi. Laserdiodit perustuvat erilaisiin puolijohdeyhdistemateriaaleihin (GaAs, InP tai muut monimutkaisemmat rakenteet, kuten GaN). Yksimuotoiset laserdiodit ovat pienitehoisia laserdiodeja (tyypillisesti<1W), while multimode laser diodes are higher power devices (typically 10 W to several kW).

Kuituoptiikka Valon kytkemiseen laserdiodeista käytetään yleensä kahden tyyppisiä aktiivisia kuituja:

• Yksimuotokuitu: tyypillisesti muutaman mikronin ydin (esim. ~6 µm ydin 1 µm aallonpituudella, ~9 µm ydin 1,5 µm aallonpituudella)
• Multimode Fiber: Suurempi halkaisija, joka kestää korkeamman optisen tehon. Vakioversioiden sydämen halkaisija on tyypillisesti 62, 100, 200, 400, 800 tai jopa > 1000 µm. Mitä pienempi halkaisija, sitä helpompi on kohdistaa valo kuidusta pieneen kohtaan käyttämällä linssiä tai mikroskoopin objektiivia.

Yksimuoto- ja monimuotokuidun periaatteet. Monimuotokuituytimet ovat paljon suurempia

Polarisaatiota ylläpitävä kuitu: Yksimuotoiset laserdiodit voivat olla standardikuituja (SMF) tai polarisaatiota ylläpitäviä kuituja (PM). Jälkimmäisessä kuidussa on erityinen verhousrakenne, joka ylläpitää valon polarisaatiota koko kuidun pituuden ajan. Alla oleva taulukko näyttää Corningin tarjoamien erityyppisten yksimuotoisten polarisaatiota ylläpitävien kuitujen ominaisuudet. Voidaan nähdä, että ytimen halkaisija tulee hyvin pieneksi aallonpituuden pienentyessä. Mielenkiintoinen tietopiste, joka on huomioitava taulukossa, on raja-aallonpituus. Yksimuotokuitu toimii hyvin, kun otetaan huomioon aallonpituudet sen raja-aallonpituuden ja noin 1,5-kertaisen raja-aallonpituuden välillä. Tämän alueen alapuolella kuitu muuttuu monimuotoiseksi, ja tämän alueen yläpuolella valo pääsee helposti poistumaan kuidusta taivutettaessa.

Yksimuotoiset kuitukytkentäiset laserdiodit Tämän tyyppiset laserdiodit kootaan tyypillisesti "perhonen"-pakettiin, joka sisältää TEC-jäähdyttimen ja termistorin (trendi on nykyään kohti pienempiä muototekijöitä). Yksimuotoiset kuitukytketyt laserdiodit pystyvät tyypillisesti antamaan tehoja muutamasta sadasta milliwatista 1,5 wattiin.

Esimerkki yksimuotoisesta kuitukytketystä perhoslaserdiodista, joka säteilee 1064 nm:ssä (14-nastainen standardiperhonen). Nämä laserdiodimoduulit koostuvat TE-jäähdyttimestä, termistorista ja näytöstä (BFM) optisten tehotasojen mittaamiseen.

Markkinoilla on useita muita pakettityylejä. Esimerkiksi seuraavia DIL-paketteja kohdataan usein tietoliikennemarkkinoilla tai koaksiaalipaketteja, joissa teho on yleensä alle 10mW.

VCSEL-laserdiodit eivät yleensä ole kuitukytkettyjä. Ne ovat yleisiä laserdiodityyppejä, joita käytetään suurissa diffuusiotunnistussovelluksissa, kuten tietokoneen hiirilaitteissa tai älypuhelimien 3D-tunnistimessa.

DFB- ja Fabry-Perrot-reunasäteilydiodit ovat yleensä kuitukytkettyjä alla kuvatulla tavalla:

Fabry-Perot laserdioditBragg-hileillä "Vakio" kuitukytketty laserdiodi on yleinen osittain heijastava puolijohdeontelo, jonka takapuolella on erittäin heijastava pinnoite ja etupuolella on osittain heijastava pinnoite. Tyypillinen laserdiodisirun koko on noin 1*0,5*0,2 mm. Tärkeimmät tyypilliset ominaisuudet ovat seuraavat:

Tehoalue jopa 1,5 W yksittäistilassa (paljon enemmän monitilassa)
Generally wide bandwidth (>1nm)
Lähtösäde on vahvasti elliptinen.
Emission kaistanleveyden vähentämiseksi ja laserdiodien yleisen vakauden parantamiseksi laserdiodien valmistajat lisäävät usein kuitu-Bragg-ritilöitä lähtökuitujen sisään.

Bragg-hilat lisäävät muutaman prosentin heijastavuuden laserdiodeihin erittäin tarkoilla aallonpituuksilla. Tämä mahdollistaa laserdiodin emission kaistanleveyden yleisen pienentämisen. Emissiokaistanleveys on tyypillisesti 3-5 nm ilman Bragg-hiloja, kun taas se on paljon kapeampi (~<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 tai DFB laserdiodit
DFB- tai DBR-laserdiodilaitteet integroivat Bragg-hilan aallonpituuden stabilointiosan suoraan laserdiodisiruun. Tämä antaa tyypillisesti kapeamman emissioaallonpituuden (noin 10^(-5) nm) 1 MHz DFB:lle kuin noin 0,1 nm Fabry-Perotille, jossa on Bragg-hila.

4 sarjaa monimuotoisia kuitukytkentäisiä laserdiodeja

Single Emitter: Kun laserdiodisiru on koottu itsenäisesti alakiinnitykseen ja pakattu erikseen laserdiodimoduuliin. Puhumme tässä tyypillisesti 15 W:sta, joka on kytketty 105 (ydin) / 125 µm (verhous) laserdiodiin
Useita lähettäjiä: Kun useat emitterit on erotettu ja kytketty optisesti yhteen muiden eristettyjen emitterien kanssa monimuotokuidussa (kuva 19-oikealla). Tuloksena lähtötehotasot voidaan skaalata satoihin watteihin ja kuidun koko voidaan pitää pienenä, kuten 100 tai 200 µm:n ydin.
Monobar: Kun useita lähettimiä pidetään yhdessä monobarina (Kuva 17) ja kootaan laserdiodimoduuliin. Puhumme tässä tyypillisesti noin 50 W, tyypillisesti kytkettynä 200 µm (ydin) / 240 µm (verhous) laserdiodiin
Multibar: Kun useita tankoja kootaan suureen vesijäähdytteiseen pakkaukseen ja liitetään halkaisijaltaan suuriin monimuotokuituun. Puhumme tässä 100 watista tai jopa kW:sta, joka on kytketty esimerkiksi 600 tai 800 µm:n ytimen monimuotokuituun.

On syytä huomata, kuinka tyypilliset jännite- ja virtatasot vaihtelevat, kun tarkastellaan eri sarjoja:

Tyypillisen yksittäisen lähettimen tyypillinen jännitetaso on noin 1,5 V ja virta noin 15 A.
Moniemitteri-laserdiodeissa emitterit kootaan sarjaan. Tämä tarkoittaa, että virtataso ei muutu (tyypillisesti enintään 15 A), mutta jännite kasvaa, kun otetaan huomioon yhä useampia emittereita. (esim. 4,5 V/15 A 60 W laserdiodille)
Laserdiodipalkit kootaan rinnakkain kaikkien emitterien kanssa. Siksi jännitetaso pysyy samana, mutta virtataso voi helposti saavuttaa 45 tai 50 A.
Lisäksi kun useita tankoja kootaan yhteen, ne kootaan sarjaan, joten virtataso (esimerkiksi 45 A) ei muutu, mutta jännite kasvaa säännöllisesti tankojen lukumäärän myötä.

Yhteystiedot:

Jos sinulla on ideoita, ota rohkeasti yhteyttä. Riippumatta siitä, missä asiakkaamme ovat ja mitkä ovat vaatimuksemme, noudatamme tavoitettamme tarjota asiakkaillemme korkeaa laatua, edullisia hintoja ja parasta palvelua.