Miért marad domináns az FBG hullámhosszú zárolás a nagy teljesítményű 980 nm-es pumpás lézernél

Miért marad domináns az FBG hullámhossz-rögzítés a nagy teljesítményű, 980 nm-es pumpás lézernél, annak ellenére, hogy a DFB lézerek kiváló hullámhossz-stabilizálást biztosítanak Az optikai kommunikációban az elosztott visszacsatolású (DFB) lézerek fő fényforrásként szolgálnak a DWDM nagysebességű átviteléhez, a koherens kommunikációhoz és a keskeny optikai vezetékes mérési rendszereik pontosságához. egy hosszirányú üzemmód, magas oldalsó üzemmódú elnyomási arány (SMSR) és kiemelkedő hullámhossz-stabilitás.

Ha azonban a 980 nm-en és 1480 nm-en működő nagy teljesítményű pumpás lézerről van szó, a kereskedelmi termékek túlnyomó többsége a Fabry-Perot (FP) lézert és a Fiber Bragg Grating (FBG) hullámhossz-rögzítő architektúrát alkalmazza az önálló DFB lézerek helyett.

Ez a cikk azt elemzi, miért nem sikerült a DFB lézereknek a kiváló hullámhossz-rögzítő képességük ellenére uralniuk a nagy teljesítményű pumpás lézerek piacát három dimenzióból: a lézerchip szerkezete, a teljesítményteljesítmény és az alkalmazási követelmények. Hogyan érnek el a DFB lézerek a stabil hullámhosszúságot. Míg a gyártás egyszerű és olcsó, az FP lézerek erős hullámhossz-eltolódást szenvednek, amelyet a hőmérséklet-ingadozások, az áramingadozások és a külső optikai visszacsatolás indukál, és gyakran több hosszirányú üzemmódban oszcillálnak egyszerre.

Ezzel szemben a DFB lézerek egy periodikus Bragg-rácsot integrálnak közvetlenül a félvezető chipbe. A rács hullámhossz-szelektív optikai visszacsatolást biztosít, amely egyetlen longitudinális módra korlátozza a lézerezést, és elnyomja az összes versengő rezonanciamódot.

A szabványos FP lézerekkel összehasonlítva a DFB lézerek az alábbi főbb előnyökkel rendelkeznek:

· Egyirányú hosszirányú kibocsátás

· Szűk optikai spektrális vonalszélesség

· Magas SMSR

· Kiváló hullámhossz-stabilitás

Ezen előnyöknek köszönhetően a DFB lézerek az előnyben részesített jelforrások a nagy sebességű optikai kommunikációban, a DWDM-rendszerekben, valamint a száloptikai érzékelési és lézermetrológiai alkalmazásokban.

Miért alkalmazzák ritkán a nagy teljesítményű szivattyúlézert az önálló DFB chipeket? Sok iparági szakember felvet egy természetes kérdést:

Ha a DFB technológia megbízható hullámhossz-stabilizálást biztosít, miért támaszkodik szinte minden 980 nm-es pumpás lézer az FP+FBG megoldásra?

A fő ok a különböző alkalmazási forgatókönyvek eltérő alapvető teljesítményprioritásaiban rejlik.

A kommunikációs adók előnyben részesítik az adatátvitelt, szigorú követelményekkel a vonalszélességre, az SMSR-re, a fáziszajra és a hullámhossz-pontosságra vonatkozóan.

Az Erbium-Doped Fiber Amplifier (EDFA) szivattyúforrásait úgy tervezték, hogy folyamatos, hatékony, nagy optikai teljesítményt biztosítsanak. Az ilyen szivattyúk esetében a kimeneti teljesítmény, a teljesítményátalakítási hatékonyság, a hosszú távú megbízhatóság és a gyártási költség nagyobb súllyal bír, mint az ultranagy spektrális tisztaság.

Míg a nagy teljesítményű DFB chipek műszakilag megvalósíthatók, a kimeneti teljesítmény növelése drasztikus bonyolultságot okoz a chip epitaxiális tervezésében, a hőkezelésben és a tömeggyártásban, ami növeli a gyártási költségeket és veszélyezteti a tételek közötti konzisztenciát.

A nagy teljesítményű, 980 nm-es szivattyúalkalmazások esetében az ipar ezért az egyszerűbb szerkezetű FP chipeket részesíti előnyben, amelyek könnyen támogatják a nagy teljesítményű működést, és külső FBG-kkel párosítva rögzítik a működési hullámhosszt.

Az FBGsA hullámhossz-reteszelő mechanizmusa A Fiber Bragg-rács (FBG) az optikai szál egy szakasza, amelynek magjába periodikus törésmutató-moduláció van beírva. Meghatározó jellemzője a keskeny sávú nagy reflexió, amelynek középpontja egy kijelölt Bragg-hullámhossz, míg az ezen az áteresztősávon kívül eső fény akadálytalanul áthalad.

Az FP+FBG konfigurációban az FBG a lézer pigtail szálán készül, hogy az FP chippel együtt külső rezonáns üreget képezzen.

Az FP chip először szélessávú spontán és stimulált sugárzást bocsát ki. Ahogy a fény az FBG-be terjed, csak a cél központi hullámhossz közelében lévő fotonok verődnek vissza az FP üregébe a tartós oszcilláció érdekében; minden sávon kívüli hullámhossz kiszűrésre kerül.

Az ismételt szelektív visszacsatolás arra kényszeríti a lézert, hogy az FBG Bragg hullámhosszán stabilan működjön.

Ez a külső üregzárási séma jelentősen optimalizálja a csupasz FP lézerek spektrális teljesítményét, és a következő fejlesztéseket biztosítja:

· Stabilizált központi lézeres hullámhossz

· Szűkített spektrális szélesség

· Csökkentett hullámhosszú termikus drift

· Továbbfejlesztett hullámhossz-ellenállás a meghajtóáram-változásokkal szemben

Az FP+FBG architektúra ezért két kritikus teljesítménycélt egyensúlyoz ki: a nagy kimeneti teljesítményt és a stabil lézerhullámhosszt. Miért univerzális az FBG zárolás a 980 nm-es pumpás lézerhez? A 980 nm-es pumpás lézer elsődleges alkalmazása az EDFA rendszerek. Az erbium ionok abszorpciós csúcshatásfokot 976 nm körül mutatnak. A szivattyúforrás erős hullámhossz-eltolódása, amelyet a hőmérséklet vagy a hajtóáram vált ki, sorozatos teljesítményromláshoz vezet:

· Csökkentett erbium-ion abszorpciós hatékonyság

· Alacsonyabb optikai erősítés

· Magasabb zajszint

· A rendszer általános teljesítményének romlása

A pumpás lézernek ezért precíz, hosszú távú központi hullámhossz-stabilitást kell fenntartania a nagy teljesítmény mellett. Az FBG-záras kialakítás szorosan tartja a lézeres hullámhosszt 976 nm körül, miközben fenntartja a nagy optikai teljesítményt és a robusztus, hosszú távú megbízhatóságot, így ez a legkiforrottabb és legszélesebb körben elfogadott műszaki út a nagy teljesítményű, 980 nm-es szivattyúmodulok számára. Kiválasztási útmutató: DFB Laser vs. FP+FBGther architektúra abszolút lézerNeiity; mindegyik egyedi alkalmazási igényekre van optimalizálva.

Mint fentebb látható, a DFB lézerek kiváló minőségű jeladók, míg az FP+FBG eszközök jobban megfelelnek a nagy teljesítményt és stabil hullámhosszú működést igénylő szivattyús alkalmazásokhoz.

A DFB és FBG alapú külső üreges lézerek nem egymással versengő technológiák, hanem két kiforrott műszaki út, amelyeket külön felhasználási esetekre optimalizáltak.

A nagy sebességű optikai kommunikációs rendszerekben továbbra is a DFB lézerek jelentik az optimális adómegoldást, kihasználva szűk vonalszélességüket, magas SMSR-jüket és kivételes hullámhossz-stabilitásukat.

A nagy teljesítményű, 980 nm-es pumpás lézereknél az FP+FBG séma nagy kimeneti teljesítményt, kiváló hőelvezetési teljesítményt és költség-versenyképességet ér el, miközben megőrzi a kellő hullámhossz-rögzítési pontosságot, ami a mai domináns piaci pozíciót jelenti.

Nincs egyetemesen kiváló lézertechnológia minden forgatókönyvhez – csak az optimális megoldás, amely az adott rendszerkövetelményekhez igazodik. A különböző műszaki architektúrák mögött meghúzódó tervezési logika elsajátítása lehetővé teszi a lézerforrás pontos kiválasztását a rendszer specifikációihoz igazodva.