พื้นฐานของเลเซอร์ไดโอดคู่ไฟเบอร์คืออะไร?

ทุกวันนี้ เลเซอร์ไดโอดมีอยู่ทั่วไป เป็นส่วนประกอบที่ง่ายที่สุดในการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเลเซอร์ เลเซอร์ไดโอดขึ้นอยู่กับวัสดุผสมสารกึ่งตัวนำต่างๆ (GaAs, InP หรือโครงสร้างที่ซับซ้อนอื่นๆ เช่น GaN) เลเซอร์ไดโอดโหมดเดียวคือเลเซอร์ไดโอดพลังงานต่ำ (โดยทั่วไปคือ<1W), while multimode laser diodes are higher power devices (typically 10 W to several kW).

ไฟเบอร์ออปติกโดยทั่วไปมีไฟเบอร์ที่ใช้งานอยู่ 2 ประเภทที่ใช้ในการจับคู่แสงจากเลเซอร์ไดโอด:

• เส้นใยโหมดเดียว: แกนโดยทั่วไปจะมีขนาดไม่กี่ไมครอน (เช่น แกน ~6 µm ที่ความยาวคลื่น 1 µm, แกน ~9 µm ที่ความยาวคลื่น 1.5 µm)
• Multimode Fiber: เส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้นเพื่อรองรับพลังงานแสงในระดับที่สูงขึ้น โดยทั่วไปรุ่นมาตรฐานจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกน 62, 100, 200, 400, 800 หรือแม้แต่ > 1,000 µm ยิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กเท่าใดก็ยิ่งง่ายต่อการโฟกัสแสงจากเส้นใยไปยังจุดเล็ก ๆ โดยใช้เลนส์หรือวัตถุประสงค์ของกล้องจุลทรรศน์

หลักการของไฟเบอร์โหมดเดียวและมัลติโหมด แกนมัลติไฟเบอร์มีขนาดใหญ่กว่ามาก

ไฟเบอร์รักษาโพลาไรซ์: เลเซอร์ไดโอดโหมดเดียวสามารถเป็นไฟเบอร์มาตรฐาน (SMF) หรือไฟเบอร์รักษาโพลาไรซ์ (PM) ในระยะหลัง เส้นใยมีโครงสร้างหุ้มพิเศษที่รักษาโพลาไรซ์ของแสงตลอดความยาวของเส้นใย ตารางด้านล่างแสดงคุณลักษณะต่างๆ ของไฟเบอร์รักษาโพลาไรซ์แบบโหมดเดียวที่นำเสนอโดย Corning จะเห็นได้ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนมีขนาดเล็กมากเมื่อความยาวคลื่นลดลง จุดข้อมูลที่น่าสนใจที่ควรทราบในตารางคือความยาวคลื่นจุดตัด เส้นใยโหมดเดี่ยวทำงานได้ดีเมื่อพิจารณาความยาวคลื่นระหว่างความยาวคลื่นคัตออฟกับประมาณ 1.5 เท่าของความยาวคลื่นคัตออฟ เมื่อต่ำกว่าช่วงนี้ เส้นใยจะกลายเป็นมัลติโหมด และเหนือช่วงนี้ แสงสามารถออกจากเส้นใยได้ง่ายเมื่องอ

เลเซอร์ไดโอดโหมดคู่ไฟเบอร์โหมดเดียว โดยทั่วไปแล้วเลเซอร์ไดโอดชนิดนี้จะประกอบกันในแพ็คเกจ "ผีเสื้อ" ที่มีตัวระบายความร้อน TEC และเทอร์มิสเตอร์ โดยทั่วไปแล้ว เลเซอร์ไดโอดแบบไฟเบอร์คัปเปิลแบบโหมดเดี่ยวจะสามารถส่งกำลังเอาต์พุตได้ตั้งแต่ไม่กี่ร้อยมิลลิวัตต์ไปจนถึง 1.5 วัตต์

ตัวอย่างของเลเซอร์ไดโอดผีเสื้อแบบไฟเบอร์คู่โหมดเดียวที่ปล่อยที่ 1064 นาโนเมตร (14-ขามาตรฐานแบบผีเสื้อ) โมดูลเลเซอร์ไดโอดเหล่านี้ประกอบด้วย TE-Cooler, เทอร์มิสเตอร์ และจอภาพ (BFM) สำหรับการวัดระดับพลังงานแสง

มีรูปแบบบรรจุภัณฑ์อื่น ๆ อีกมากมายในท้องตลาด ตัวอย่างเช่น แพ็คเกจ DIL ต่อไปนี้มักพบในตลาดโทรคมนาคม หรือแพ็คเกจโคแอกเชียล ซึ่งโดยปกติแล้วพลังงานจะน้อยกว่า 10mW

เลเซอร์ไดโอด VCSEL มักจะไม่เชื่อมต่อด้วยไฟเบอร์ เป็นเลเซอร์ไดโอดชนิดทั่วไปที่ใช้ในแอปพลิเคชันตรวจจับการแพร่กระจายขนาดใหญ่ เช่น อุปกรณ์เมาส์คอมพิวเตอร์ หรือการตรวจจับใบหน้าแบบ 3 มิติในสมาร์ทโฟน

ไดโอดเปล่งแสงขอบ DFB และ Fabry-Perrot มักเป็นไฟเบอร์ควบคู่ตามที่อธิบายไว้ด้านล่าง:

เลเซอร์ไดโอด Fabry-Perotกับ Bragg gratings เลเซอร์ไดโอดคู่ไฟเบอร์ "มาตรฐาน" เป็นช่องเซมิคอนดักเตอร์แบบสะท้อนแสงบางส่วนโดยทั่วไป ซึ่งด้านหลังมีการเคลือบแบบสะท้อนแสงสูง และด้านหน้ามีการเคลือบแบบสะท้อนแสงบางส่วน ขนาดชิปเลเซอร์ไดโอดโดยทั่วไปคือประมาณ 1*0.5*0.2 มม. คุณสมบัติทั่วไปหลักมีดังนี้:

ช่วงพลังงานสูงสุด 1.5 W สำหรับโหมดเดี่ยว (มากขึ้นสำหรับมัลติโหมด)
Generally wide bandwidth (>1 นาโนเมตร)
ลำแสงขาออกมีลักษณะเป็นวงรี
เพื่อลดแบนด์วิดธ์การปล่อยและปรับปรุงความเสถียรโดยรวมของเลเซอร์ไดโอด ผู้ผลิตเลเซอร์ไดโอดมักจะเพิ่มตะแกรงไฟเบอร์ Bragg ภายในไฟเบอร์เอาท์พุต

Bragg gratings เพิ่มการสะท้อนแสงสองสามเปอร์เซ็นต์ให้กับเลเซอร์ไดโอดที่ความยาวคลื่นที่แม่นยำมาก ซึ่งช่วยลดแบนด์วิธการปล่อยเลเซอร์ไดโอดโดยรวม แบนด์วิดท์การปล่อยโดยทั่วไปคือ 3-5 นาโนเมตรโดยไม่มีการรบกวนใดๆ ของ Bragg ในขณะที่แคบกว่ามาก (~<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.

เลเซอร์ไดโอด DBR หรือ DFB
อุปกรณ์เลเซอร์ไดโอด DFB หรือ DBR รวมส่วนการรักษาเสถียรภาพความยาวคลื่น Bragg เข้ากับชิปเลเซอร์ไดโอดโดยตรง ซึ่งโดยทั่วไปจะให้ความยาวคลื่นการปล่อยที่แคบกว่า (ประมาณ 10^(-5) นาโนเมตร) สำหรับ 1 MHz DFB แทนที่จะเป็นประมาณ 0.1 นาโนเมตรสำหรับ Fabry-Perot ที่มีตะแกรง Bragg

เลเซอร์ไดโอดแบบมัลติโหมดคู่ไฟเบอร์ 4 ชุด

Emitter เดียว: เมื่อชิปเลเซอร์ไดโอดถูกประกอบอย่างอิสระบนส่วนต่อพ่วงและบรรจุแยกกันในโมดูลเลเซอร์ไดโอด เรากำลังพูดถึงโดยทั่วไป 15W ควบคู่กับเลเซอร์ไดโอด 105 (คอร์)/125µm (หุ้ม)
ตัวส่งสัญญาณหลายตัว: เมื่อตัวปล่อยหลายตัวถูกแยกออกจากกันและเชื่อมต่อแบบออปติคอลกับตัวปล่อยแบบแยกอื่นๆ ในมัลติโหมดไฟเบอร์ (รูป 19-ขวา) ด้วยเหตุนี้ ระดับพลังงานเอาท์พุตจึงสามารถปรับเป็นหลายร้อยวัตต์ และขนาดของไฟเบอร์สามารถเล็กได้ เช่น 100 หรือ 200 µm คอร์
โมโนบาร์: เมื่อตัวอิมิตเตอร์หลายตัวถูกยึดไว้ด้วยกันเป็นโมโนบาร์ (รูปที่ 17) และประกอบเป็นโมดูลเลเซอร์ไดโอด เรากำลังพูดถึงที่นี่โดยทั่วไปประมาณ 50 W โดยทั่วไปจะประกอบเข้ากับเลเซอร์ไดโอดขนาด 200 µm (แกนหลัก)/240 µm (ส่วนหุ้ม)
Multibar: เมื่อหลายบาร์ถูกประกอบเข้าด้วยกันในแพ็คเกจระบายความร้อนด้วยน้ำขนาดใหญ่และเชื่อมต่อกันในมัลติโหมดไฟเบอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ เรากำลังพูดถึง 100 วัตต์หรือแม้กระทั่ง KW ควบคู่กับไฟเบอร์มัลติโหมด 600 หรือ 800 µm

เป็นที่น่าสังเกตว่าระดับแรงดันและกระแสทั่วไปแตกต่างกันอย่างไรเมื่อพิจารณาจากซีรีส์ต่างๆ:

เครื่องส่งสัญญาณเดี่ยวทั่วไปมีระดับแรงดันไฟฟ้าทั่วไปประมาณ 1.5 V และกระแสไฟฟ้าประมาณ 15 A
สำหรับเลเซอร์ไดโอดมัลติอิมิตเตอร์ อิมิตเตอร์จะประกอบเป็นชุด ซึ่งหมายความว่าระดับกระแสจะไม่เปลี่ยนแปลง (โดยทั่วไปจะสูงสุด 15 A) แต่แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีการพิจารณาอิมิตเตอร์มากขึ้น (เช่น 4.5V/15A สำหรับเลเซอร์ไดโอด 60 W)
แถบเลเซอร์ไดโอดประกอบขนานกับอิมิตเตอร์ทั้งหมด ดังนั้นระดับแรงดันไฟฟ้ายังคงเหมือนเดิม แต่ระดับปัจจุบันสามารถเข้าถึง 45 หรือ 50 A ได้อย่างง่ายดาย
นอกจากนี้ เมื่อนำแท่งหลายแท่งมาประกอบเข้าด้วยกัน จะประกอบเป็นอนุกรม ดังนั้นระดับกระแส (เช่น 45 A) จะไม่เปลี่ยนแปลง แต่แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอตามจำนวนแท่ง

ข้อมูลติดต่อ:

หากคุณมีความคิดใด ๆ โปรดอย่าลังเลที่จะพูดคุยกับเรา ไม่ว่าลูกค้าของเราจะอยู่ที่ไหนและความต้องการของเราคืออะไร เราจะทำตามเป้าหมายของเราเพื่อให้ลูกค้าของเราได้รับสินค้าคุณภาพสูง ราคาต่ำ และบริการที่ดีที่สุด