מהם היסודות של דיודות לייזר מצמידות סיבים?

כיום, דיודות לייזר נמצאות בכל מקום. הם הרכיבים הפשוטים ביותר להמרת אנרגיה חשמלית לכוח לייזר. דיודות לייזר מבוססות על חומרים מורכבים מוליכים למחצה שונים (GaAs, InP או מבנים מורכבים יותר כגון GaN). דיודות לייזר במצב יחיד הן דיודות לייזר בהספק נמוך (בדרך כלל<1W), while multimode laser diodes are higher power devices (typically 10 W to several kW).

סיבים אופטיים בדרך כלל ישנם שני סוגים של סיבים פעילים המשמשים לחיבור אור מדיודות לייזר:

• סיב במצב יחיד: ליבה בדרך כלל כמה מיקרונים (למשל ליבה של ~6 מיקרומטר באורך גל של 1 מיקרומטר, ליבה של ~9 מיקרון באורך גל של 1.5 מיקרון)
• סיבים מרובים: קוטר גדול יותר כדי להתמודד עם רמות גבוהות יותר של כוח אופטי. לגרסאות סטנדרטיות יש בדרך כלל קוטר ליבה של 62, 100, 200, 400, 800 או אפילו יותר מ-1000 מיקרומטר. ככל שהקוטר קטן יותר, כך קל יותר למקד את האור מהסיב לכתם קטן באמצעות עדשה או אובייקטיבי מיקרוסקופ.

עקרונות של סיבים חד מצבים ורב מצבים. ליבות סיבים רב-מודים גדולות בהרבה

סיבים לשמירה על קיטוב: דיודות לייזר במצב יחיד יכולות להיות סיב סטנדרטי (SMF) או סיב לשמירה על קיטוב (PM). אצל האחרון, לסיב מבנה חיפוי מיוחד השומר על קיטוב האור לכל אורך הסיב. הטבלה שלהלן מציגה את המאפיינים של סוגים שונים של סיבים לשמירה על קיטוב במצב יחיד שמציעה Corning. ניתן לראות כי קוטר הליבה הופך קטן מאוד ככל שאורך הגל פוחת. נקודת נתונים מעניינת שיש לציין בטבלה היא אורך הגל החיתוך. סיב חד-מוד עובד היטב כאשר בוחנים אורכי גל בין אורך הגל החיתוך שלו לבין בערך פי 1.5 מאורך הגל המנתח. מתחת לטווח זה, הסיב הופך למולטי-מוד, ומעל לטווח זה, האור יכול בקלות לעזוב את הסיב כאשר הוא מכופף.

דיודות לייזר מצמדות סיבים בודדים מסוג זה של דיודות לייזר מורכבות בדרך כלל באריזת "פרפר" המכילה מצנן TEC ותרמיסטור (המגמה כיום היא לכיוון גורמי צורה קטנים יותר). דיודות לייזר מצמידות סיבים במצב יחיד מסוגלות בדרך כלל להפיק הספקים מכמה מאות מיליוואט עד 1.5 וואט.

דוגמה של דיודת לייזר פרפר עם מצב יחיד עם סיבים תזונתיים הפולטת ב-1064 ננומטר (14-פרפר סטנדרטי פינים). מודולי דיודות לייזר אלה מורכבים מ-TE-Cooler, תרמיסטור ומסך (BFM) למדידת רמות הספק אופטיות.

ישנם מספר סגנונות אריזה נוספים בשוק. לדוגמה, חבילות DIL הבאות נתקלות לעתים קרובות בשוק הטלקום, או חבילות קואקסיאליות, שבהן ההספק הוא בדרך כלל פחות מ-10mW.

דיודות לייזר VCSEL בדרך כלל אינן מחוברות לסיבים. הם סוג נפוץ של דיודות לייזר המשמשות ביישומי חישת דיפוזיה גדולים, כגון מכשירי עכבר מחשב או זיהוי פנים חישת תלת מימד בסמארטפונים.

דיודות פולטות קצה של DFB ו-Fabri-Perrot מחוברות בדרך כלל לסיבים כמתואר להלן:

דיודות לייזר של פברי-פרועם רשתות Bragg דיודת לייזר "סטנדרטית" מצמדת סיבים היא חלל מוליכים למחצה רפלקטיבי חלקית נפוץ שבו בצד האחורי יש ציפוי בעל ציפוי רעיוני ביותר והצד הקדמי בעל ציפוי חלקי. גודל שבב דיודה לייזר טיפוסי הוא בערך 1*0.5*0.2 מ"מ. המאפיינים האופייניים העיקריים הם כדלקמן:

טווח הספק של עד 1.5 וואט עבור מצב יחיד (הרבה יותר עבור multimode)
Generally wide bandwidth (>1 ננומטר)
אלומת הפלט היא אליפטית חזקה.
כדי להקטין את רוחב הפס הפליטה ולשפר את היציבות הכוללת של דיודות לייזר, יצרני דיודות לייזר מוסיפים לעתים קרובות רשתות סיבים Bragg בתוך סיב הפלט.

רשתות Bragg מוסיפות רפלקטיביות של כמה אחוזים לדיודות לייזר באורכי גל מדויקים מאוד. זה מאפשר הפחתה כוללת ברוחב הפס של פליטת דיודות הלייזר. רוחב הפס של הפליטה הוא בדרך כלל 3-5 ננומטר ללא כל רשתות Bragg, בעוד שהוא צר בהרבה (~<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.

דיודות לייזר DBR או DFB
התקני דיודות לייזר DFB או DBR משלבים קטע ייצוב אורך גל בראג סורג ישירות על שבב דיודות הלייזר. זה בדרך כלל נותן אורך גל פליטה צר יותר (בערך 10^(-5) ננומטר) עבור 1 מגה-הרץ DFB במקום כ-0.1 ננומטר עבור Fabry-Perot עם סורג בראג.

4 סדרות של דיודות לייזר משולבות סיבים מרובים

פולט יחיד: כאשר שבב דיודת הלייזר מורכב באופן עצמאי על התת-mount וארוז בנפרד במודול דיודות הלייזר. אנחנו מדברים כאן על 15W בדרך כלל מחוברת לדיודת לייזר 105 (ליבה)/125 מיקרומטר (חיפוי)
פולטים מרובים: כאשר מספר פולטים מופרדים ומקושרים אופטית יחד עם פולטים מבודדים אחרים בסיב רב-מודים (איור 19-מימין). כתוצאה מכך, ניתן להגדיל את רמות הספק הפלט למאות וואט, ולשמור על גודל הסיב קטן, כגון ליבה של 100 או 200 מיקרומטר.
מונובר: כאשר מספר פולטים מוחזקים יחד כמונובר (איור 17) ומורכבים במודול דיודות לייזר. אנחנו מדברים כאן בדרך כלל סביב 50 W, בדרך כלל מחוברים לדיודת לייזר של 200 מיקרומטר (ליבה)/240 מיקרומטר (חיפוי)
Multibar: כאשר מספר ברים מורכבים באריזה גדולה מקוררת מים ומצמדים לסיב רב-מודד בקוטר גדול. אנחנו מדברים כאן על 100 וואט או אפילו קילוואט בשילוב, למשל, סיבי מולטי-מוד ליבה של 600 או 800 מיקרומטר.

ראוי לציין כיצד רמות מתח וזרם טיפוסיות משתנות כאשר בוחנים את הסדרות השונות:

למשדר יחיד טיפוסי יש רמת מתח טיפוסית של כ-1.5V וזרם של כ-15A.
עבור דיודות לייזר מרובות פולטים, הפולטות מורכבות בסדרה. משמעות הדבר היא שרמת הזרם אינה משתנה (בדרך כלל מקסימום 15 A), אך המתח גדל כאשר לוקחים בחשבון יותר ויותר פולטים. (למשל 4.5V/15A עבור דיודת לייזר 60W)
מוטות דיודות לייזר מורכבים במקביל לכל הפולטים. לכן, רמת המתח נשארת זהה, אך רמת הזרם יכולה להגיע בקלות ל-45 או 50 A.
כמו כן, כאשר מספר ברים מורכבים יחד, הם מורכבים בסדרה, כך שרמת הזרם (נניח 45 A) לא משתנה, אבל המתח עולה באופן קבוע עם מספר הפסים.

פרטי התקשרות:

אם יש לך רעיונות, אתה מוזמן לדבר איתנו. לא משנה היכן נמצאים הלקוחות שלנו ומהן הדרישות שלנו, אנו נפעל לפי המטרה שלנו לספק ללקוחותינו איכות גבוהה, מחירים נמוכים, והשירות הטוב ביותר.