De ce blocarea lungimii de undă FBG rămâne dominantă pentru laserul cu pompă de mare putere de 980 nm

De ce blocarea lungimii de undă FBG rămâne dominantă pentru laserul cu pompă de mare putere de 980 nm, chiar dacă laserele DFB oferă o stabilizare excelentă a lungimii de undă. Raport de suprimare a modului lateral (SMSR) și stabilitate remarcabilă a lungimii de undă.

Cu toate acestea, când vine vorba de laser cu pompă de mare putere care funcționează la 980 nm și 1480 nm, marea majoritate a produselor comerciale adoptă arhitectura de blocare a lungimii de undă cu laser Fabry-Perot (FP) plus Fiber Bragg Grating (FBG), în locul laserelor DFB independente.

Acest articol analizează de ce laserele DFB, în ciuda capacității lor superioare de blocare a lungimii de undă, nu au reușit să domine piața laserului cu pompe de mare putere din trei dimensiuni: structura cipului laser, performanța de putere și cerințele aplicației. Deși sunt simple și ieftine de fabricat, laserele FP suferă o deviere severă a lungimii de undă indusă de variațiile de temperatură, fluctuațiile curentului și feedbackul optic extern, adesea oscilând în mai multe moduri longitudinale simultan.

Prin contrast, laserele DFB integrează o rețea periodică Bragg direct în cipul semiconductor. Rețeaua oferă feedback optic cu lungimea de undă selectivă care constrânge laserul la un singur mod longitudinal și suprimă toate modurile de rezonanță concurente.

În comparație cu laserele FP standard, laserele DFB prezintă avantaje esențiale, după cum urmează:

· Emisie cu un singur mod longitudinal

· Lățime de linie spectrală optică îngustă

· SMSR ridicat

· Stabilitate superioară a lungimii de undă

Datorită acestor avantaje, laserele DFB sunt sursele de semnal preferate pentru comunicații optice de mare viteză, sisteme DWDM și aplicații de detecție cu fibră optică și metrologie cu laser.

De ce laserul cu pompă de mare putere adoptă rar cipuri DFB independente Mulți practicieni din industrie ridică o întrebare firească:

Dacă tehnologia DFB oferă o stabilizare fiabilă a lungimii de undă, de ce aproape toate laserele cu pompă de 980 nm se bazează pe soluția FP+FBG?

Motivul principal constă în prioritățile de performanță de bază divergente în diferite scenarii de aplicație.

Transmițătoarele de comunicații acordă prioritate transmisiei de date, cu cerințe stricte privind lățimea de linie, SMSR, zgomotul de fază și precizia lungimii de undă.

Sursele de pompă pentru amplificatoarele cu fibră dopată cu erbiu (EDFA) sunt concepute pentru a oferi o putere optică ridicată, continuă și eficientă. Pentru astfel de pompe, puterea de ieșire, eficiența conversiei puterii, fiabilitatea pe termen lung și costul de producție au o greutate mai mare decât puritatea spectrală ultra-înaltă.

În timp ce cipurile DFB de mare putere sunt fezabile din punct de vedere tehnic, creșterea puterii de ieșire introduce o complexitate drastică în designul epitaxial al cipului, managementul termic și producția de masă, crescând costurile de producție și compromițând consistența lot-la-lot.

Pentru aplicațiile cu pompe de 980 nm de mare putere, industria favorizează astfel cipurile FP cu structuri în mod inerent mai simple care suportă ușor funcționarea de mare putere, asociate cu FBG-uri externe pentru a bloca lungimea de undă de operare.

Mecanismul de blocare a lungimii de undă al FBGsA Fibre Bragg Grating (FBG) este o secțiune de fibră optică cu modulație periodică a indicelui de refracție înscrisă în miezul său. Caracteristica sa definitorie este reflectivitatea ridicată în bandă îngustă, centrată pe o lungime de undă desemnată Bragg, în timp ce lumina din afara acestei benzi de trecere transmite fără obstacole.

În configurația FP+FBG, FBG este fabricat pe fibra de coadă a laserului pentru a forma o cavitate rezonantă externă împreună cu cipul FP.

Cipul FP emite mai întâi radiații de bandă largă spontane și stimulate. Pe măsură ce lumina se propagă în FBG, doar fotonii din apropierea lungimii de undă centrale țintă se reflectă înapoi în cavitatea FP pentru oscilație susținută; toate lungimile de undă în afara benzii sunt filtrate.

Feedback-ul selectiv repetat forțează laserul să lase stabil la lungimea de undă Bragg a FBG.

Această schemă de blocare a cavității externe optimizează semnificativ performanța spectrală a laserelor FP goale, oferind următoarele îmbunătățiri:

· Lungime de undă laser centrală stabilizată

· Lățimea spectrală redusă

· Deriva termică a lungimii de undă redusă

· Imunitate îmbunătățită la lungimea de undă împotriva variațiilor curentului de conducere

Prin urmare, arhitectura FP+FBG echilibrează două obiective critice de performanță: putere mare de ieșire și lungime de undă stabilă a laserului. Ionii de erbiu prezintă o eficiență maximă de absorbție în jurul a 976 nm. Deviarea severă a lungimii de undă a sursei pompei declanșată de temperatură sau de curentul de conducere va duce la o cascadă de degradări de performanță:

· Eficiență redusă de absorbție a ionilor de erbiu

· Câștig mai mic de amplificare optică

· Cifra de zgomot ridicată

· Performanța generală a sistemului deteriorată

Prin urmare, laserul cu pompă trebuie să mențină stabilitatea lungimii de undă centrală precisă, pe termen lung, alături de putere mare de ieșire. Designul blocat FBG menține strâns lungimea de undă laser în jur de 976 nm, susținând în același timp o putere optică ridicată și o fiabilitate robustă pe termen lung, făcându-l cea mai matură și mai adoptată cale tehnică pentru modulele comerciale de pompă de 980 nm de mare putere. Ghid de selecție: Laser DFB vs. Laser FP+FBG. fiecare este optimizat pentru cerințe specifice aplicațiilor.

După cum s-a arătat mai sus, laserele DFB excelează ca transmițătoare de semnal de înaltă calitate, în timp ce dispozitivele FP+FBG sunt mai potrivite pentru aplicațiile cu pompe care necesită putere mare și funcționare cu lungime de undă stabilă.

Laserele cu cavități externe bazate pe DFB și FBG nu sunt tehnologii concurente, ci două căi tehnice mature optimizate pentru cazuri de utilizare separate.

Pentru sistemele de comunicații optice de mare viteză, laserele DFB rămân soluția optimă de transmițător, valorificându-și lățimea de linie îngustă, SMSR ridicat și stabilitatea excepțională a lungimii de undă.

Pentru laserul cu pompă de 980 nm de mare putere, schema FP+FBG realizează o putere mare de ieșire, performanțe superioare de disipare termică și competitivitate a costurilor, păstrând în același timp suficientă precizie de blocare a lungimii de undă, ceea ce reprezintă poziția sa dominantă pe piață astăzi.

Nu există o tehnologie laser universal superioară pentru toate scenariile – doar soluția optimă adaptată cerințelor specifice ale sistemului. Stăpânirea logicii de proiectare din spatele diferitelor arhitecturi tehnice permite o selecție precisă a sursei laser, aliniată cu specificațiile sistemului dumneavoastră.