Γιατί το κλείδωμα μήκους κύματος FBG παραμένει κυρίαρχο για λέιζερ αντλίας υψηλής ισχύος 980 nm

Γιατί το κλείδωμα μήκους κύματος FBG παραμένει κυρίαρχο για λέιζερ αντλίας υψηλής ισχύος 980 nm, παρόλο που τα λέιζερ DFB παρέχουν εξαιρετική σταθεροποίηση μήκους κύματος Στις οπτικές επικοινωνίες, τα λέιζερ κατανεμημένης ανάδρασης (DFB) χρησιμεύουν ως κύριες πηγές φωτός για συστήματα υψηλής ταχύτητας μετάδοσης DWDM, μετάδοσης υψηλής ταχύτητας και συνεκτικότητας. στενό πλάτος γραμμής, λειτουργία μονής διαμήκους λειτουργίας, υψηλός λόγος καταστολής πλευρικής λειτουργίας (SMSR) και εξαιρετική σταθερότητα μήκους κύματος.

Ωστόσο, όταν πρόκειται για λέιζερ αντλίας υψηλής ισχύος που λειτουργεί στα 980 nm και 1480 nm, η συντριπτική πλειονότητα των εμπορικών προϊόντων υιοθετεί το λέιζερ Fabry-Perot (FP) και την αρχιτεκτονική κλειδώματος μήκους κύματος Fiber Bragg Grating (FBG), αντί για αυτόνομα λέιζερ DFB.

Αυτό το άρθρο αναλύει γιατί τα λέιζερ DFB, παρά την ανώτερη ικανότητά τους κλειδώματος μήκους κύματος, απέτυχαν να κυριαρχήσουν στην αγορά λέιζερ αντλιών υψηλής ισχύος από τρεις διαστάσεις: δομή τσιπ λέιζερ, απόδοση ισχύος και απαιτήσεις εφαρμογής. Πώς τα λέιζερ DFB επιτυγχάνουν σταθερή έξοδο μήκους κύματοςΗ κοιλότητα συντονισμού ενός συμβατικού λέιζερ FP με δύο πλάκες σχηματίζεται από την όψη των λέιζερ με δύο πλάκες. Ενώ είναι απλά και χαμηλού κόστους στην κατασκευή, τα λέιζερ FP υφίστανται σοβαρή μετατόπιση μήκους κύματος που προκαλείται από διακυμάνσεις θερμοκρασίας, διακυμάνσεις του ρεύματος οδήγησης και εξωτερική οπτική ανάδραση, που συχνά ταλαντώνονται σε πολλαπλές διαμήκεις λειτουργίες ταυτόχρονα.

Αντίθετα, τα λέιζερ DFB ενσωματώνουν ένα περιοδικό πλέγμα Bragg απευθείας μέσα στο τσιπ ημιαγωγών. Το πλέγμα παρέχει οπτική ανάδραση επιλεκτικού μήκους κύματος που περιορίζει το lasing σε μία μόνο διαμήκη λειτουργία και καταστέλλει όλους τους ανταγωνιστικούς τρόπους συντονισμού.

Σε σύγκριση με τα τυπικά λέιζερ FP, τα λέιζερ DFB διαθέτουν βασικά πλεονεκτήματα όπως παρακάτω:

· Εκπομπή μονής διαμήκους λειτουργίας

· Στενό οπτικό φασματικό εύρος γραμμής

· Υψηλό SMSR

· Ανώτερη σταθερότητα μήκους κύματος

Λόγω αυτών των πλεονεκτημάτων, τα λέιζερ DFB είναι οι προτιμώμενες πηγές σήματος για οπτικές επικοινωνίες υψηλής ταχύτητας, συστήματα DWDM και εφαρμογές ανίχνευσης οπτικών ινών και μετρολογίας λέιζερ.

Γιατί το λέιζερ αντλίας υψηλής ισχύος σπάνια υιοθετεί αυτόνομα τσιπ DFBΠολλοί επαγγελματίες του κλάδου θέτουν ένα φυσικό ερώτημα:

Εάν η τεχνολογία DFB παρέχει αξιόπιστη σταθεροποίηση μήκους κύματος, γιατί σχεδόν όλα τα λέιζερ αντλίας 980 nm βασίζονται στη λύση FP+FBG;

Ο βασικός λόγος έγκειται στις αποκλίνουσες βασικές προτεραιότητες απόδοσης σε διαφορετικά σενάρια εφαρμογών.

Οι πομποί επικοινωνίας δίνουν προτεραιότητα στη μετάδοση δεδομένων, με αυστηρές απαιτήσεις σε εύρος γραμμής, SMSR, θόρυβο φάσης και ακρίβεια μήκους κύματος.

Οι πηγές αντλιών για ενισχυτές ινών με πρόσμειξη ερβίου (EDFA) έχουν σχεδιαστεί για να παρέχουν συνεχή, αποδοτική υψηλή οπτική ισχύ εξόδου. Για τέτοιες αντλίες, η ισχύς εξόδου, η απόδοση μετατροπής ισχύος, η μακροπρόθεσμη αξιοπιστία και το κόστος κατασκευής έχουν μεγαλύτερο βάρος από την εξαιρετικά υψηλή φασματική καθαρότητα.

Ενώ τα τσιπ DFB υψηλής ισχύος είναι τεχνικά εφικτά, η κλιμάκωση της ισχύος εξόδου εισάγει δραστική πολυπλοκότητα στον επιταξιακό σχεδιασμό των τσιπ, τη θερμική διαχείριση και τη μαζική παραγωγή, αυξάνοντας το κόστος παραγωγής και διακυβεύοντας τη συνέπεια από παρτίδα σε παρτίδα.

Για εφαρμογές αντλιών υψηλής ισχύος 980 nm, η βιομηχανία ευνοεί έτσι τα τσιπ FP με εγγενώς απλούστερες δομές που υποστηρίζουν εύκολα λειτουργία υψηλής ισχύος, σε συνδυασμό με εξωτερικά FBG για να κλειδώνουν το μήκος κύματος λειτουργίας.

Μηχανισμός κλειδώματος μήκους κύματος του πλέγματος ινών Bragg FBGsA (FBG) είναι ένα τμήμα οπτικής ίνας με περιοδική διαμόρφωση δείκτη διάθλασης εγγεγραμμένη στον πυρήνα της. Το καθοριστικό του χαρακτηριστικό είναι η υψηλή ανακλαστικότητα στενής ζώνης με επίκεντρο ένα καθορισμένο μήκος κύματος Bragg, ενώ το φως έξω από αυτήν τη ζώνη διέλευσης μεταδίδεται ανεμπόδιστα.

Στη διαμόρφωση FP+FBG, το FBG κατασκευάζεται στην ίνα pigtail του λέιζερ για να σχηματίσει μια εξωτερική κοιλότητα συντονισμού μαζί με το τσιπ FP.

Το τσιπ FP εκπέμπει πρώτα ευρυζωνική αυθόρμητη και διεγερμένη ακτινοβολία. Καθώς το φως διαδίδεται στο FBG, μόνο φωτόνια κοντά στο κεντρικό μήκος κύματος στόχου αντανακλώνται πίσω στην κοιλότητα FP για παρατεταμένη ταλάντωση. Όλα τα μήκη κύματος εκτός ζώνης φιλτράρονται.

Η επαναλαμβανόμενη επιλεκτική ανάδραση αναγκάζει το λέιζερ να λέιζερ σταθερά στο μήκος κύματος Bragg του FBG.

Αυτό το σύστημα κλειδώματος εξωτερικής κοιλότητας βελτιστοποιεί σημαντικά τη φασματική απόδοση των γυμνών λέιζερ FP, παρέχοντας τις ακόλουθες βελτιώσεις:

· Σταθεροποιημένο κεντρικό μήκος κύματος lasing

· Περιορισμένο φασματικό πλάτος

· Μειωμένη θερμική μετατόπιση μήκους κύματος

· Βελτιωμένη ατρωσία μήκους κύματος έναντι διακυμάνσεων του ρεύματος οδήγησης

Η αρχιτεκτονική FP+FBG επομένως εξισορροπεί δύο κρίσιμους στόχους απόδοσης: υψηλή ισχύ εξόδου και σταθερό μήκος κύματος lasing. Γιατί το κλείδωμα FBG είναι καθολικό για λέιζερ αντλίας 980 nm Η κύρια ανάπτυξη του λέιζερ αντλίας 980 nm είναι τα συστήματα EDFA. Τα ιόντα ερβίου παρουσιάζουν μέγιστη αποτελεσματικότητα απορρόφησης περίπου 976 nm. Η σοβαρή μετατόπιση μήκους κύματος της πηγής της αντλίας που προκαλείται από τη θερμοκρασία ή το ρεύμα οδήγησης θα οδηγήσει σε έναν καταρράκτη υποβαθμίσεων της απόδοσης:

· Μειωμένη απόδοση απορρόφησης ιόντων ερβίου

· Χαμηλότερο κέρδος οπτικής ενίσχυσης

· Αυξημένος αριθμός θορύβου

· Επιδείνωση της συνολικής απόδοσης του συστήματος

Επομένως, το λέιζερ αντλίας πρέπει να διατηρεί ακριβή, μακροπρόθεσμη σταθερότητα κεντρικού μήκους κύματος παράλληλα με υψηλή απόδοση ισχύος. Η σχεδίαση κλειδωμένη με FBG συγκρατεί σφιχτά το μήκος κύματος λέιζερ γύρω στα 976 nm, ενώ διατηρεί υψηλή οπτική ισχύ και στιβαρή μακροπρόθεσμη αξιοπιστία, καθιστώντας την την πιο ώριμη και ευρέως διαδεδομένη τεχνική διαδρομή για εμπορικές μονάδες αντλιών υψηλής ισχύος 980 nm. Οδηγός επιλογής: DFB Laser έναντι αρχιτεκτονικής απόλυτης ανώτερης ποιότητας Laser FP+FBG; καθένα είναι βελτιστοποιημένο για διαφορετικές απαιτήσεις εφαρμογών.

Όπως φαίνεται παραπάνω, τα λέιζερ DFB υπερέχουν ως πομποί σήματος υψηλής ποιότητας, ενώ οι συσκευές FP+FBG είναι καλύτερα κατάλληλες για εφαρμογές αντλιών που απαιτούν λειτουργία υψηλής ισχύος και σταθερού μήκους κύματος.

Τα λέιζερ εξωτερικής κοιλότητας που βασίζονται σε DFB και FBG δεν είναι ανταγωνιστικές τεχνολογίες, αλλά δύο ώριμες τεχνικές διαδρομές βελτιστοποιημένες για ξεχωριστές περιπτώσεις χρήσης.

Για συστήματα οπτικής επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας, τα λέιζερ DFB παραμένουν η βέλτιστη λύση πομπού, αξιοποιώντας το στενό εύρος γραμμής, το υψηλό SMSR και την εξαιρετική σταθερότητα μήκους κύματος.

Για λέιζερ αντλίας υψηλής ισχύος 980 nm, το σχήμα FP+FBG επιτυγχάνει υψηλή ισχύ εξόδου, ανώτερη απόδοση θερμικής διάχυσης και ανταγωνιστικότητα κόστους, διατηρώντας παράλληλα επαρκή ακρίβεια κλειδώματος μήκους κύματος, η οποία αποτελεί την κυρίαρχη θέση του στην αγορά σήμερα.

Δεν υπάρχει παγκόσμια ανώτερη τεχνολογία λέιζερ για όλα τα σενάρια—μόνο η βέλτιστη λύση προσαρμοσμένη στις συγκεκριμένες απαιτήσεις συστήματος. Η γνώση της σχεδιαστικής λογικής πίσω από διαφορετικές τεχνικές αρχιτεκτονικές επιτρέπει την ακριβή επιλογή πηγής λέιζερ ευθυγραμμισμένη με τις προδιαγραφές του συστήματός σας.