Miksi FBG-aallonpituuden lukitus pysyy hallitsevana suuritehoisessa 980 nm:n pumppulaserissa

Miksi FBG-aallonpituuslukitus pysyy hallitsevana suuren tehon 980 nm:n pumppulasereissa, vaikka DFB-laserit takaavatkin erinomaisen aallonpituuden stabiloinnin Optisessa tiedonsiirrossa hajautettu palaute (DFB) -laserit toimivat valtavirran valonlähteinä nopealle DWDM-lähetykselle, koherentille tiedonsiirrolle ja tarkkuudelle optisen linjansa ansiosta. yksi pituussuuntainen toiminta, korkea sivumoodin vaimennussuhde (SMSR) ja erinomainen aallonpituuden vakaus.

Kuitenkin, kun on kyse suuritehoisesta pumppulaserista, joka toimii 980 nm:ssä ja 1480 nm:ssä, suurin osa kaupallisista tuotteista käyttää Fabry-Perot (FP) -laseria ja Fiber Bragg Grating (FBG) -aallonpituuden lukitusarkkitehtuuria itsenäisten DFB-laserien sijaan.

Tässä artikkelissa analysoidaan, miksi DFB-laserit, huolimatta niiden erinomaisesta aallonpituuden lukituskyvystä, eivät ole onnistuneet hallitsemaan suuritehoisten pumppulaserien markkinoita kolmella ulottuvuudella: lasersirun rakenne, teho ja sovellusvaatimukset. Kuinka DFB-laserit saavuttavat vakaan aallonpituuden Perinteisen FP-laserin resonanssiontelo muodostuu sirun halkaistun pinnan kahdesta pinnasta. Vaikka FP-laserit on yksinkertainen ja edullinen valmistaa, ne kärsivät voimakkaasta aallonpituusliikkeestä, joka johtuu lämpötilan vaihteluista, virran vaihteluista ja ulkoisesta optisesta takaisinkytkemisestä, jotka usein värähtelevät useiden pitkittäisten tilojen välillä samanaikaisesti.

Sitä vastoin DFB-laserit integroivat jaksollisen Bragg-hilan suoraan puolijohdesiruun. Hila tarjoaa aallonpituusselektiivisen optisen takaisinkytkennän, joka rajoittaa laserin yhteen pitkittäismuotoon ja vaimentaa kaikki kilpailevat resonanssitilat.

Verrattuna tavallisiin FP-lasereihin, DFB-lasereilla on seuraavat keskeiset edut:

· Yksi pituussuuntainen emissio

· Kapea optinen spektrin viivanleveys

· Korkea SMSR

· Erinomainen aallonpituuden vakaus

Näiden etujen ansiosta DFB-laserit ovat suosituimpia signaalilähteitä nopeaan optiseen viestintään, DWDM-järjestelmiin sekä kuituoptisiin anturi- ja lasermetrologiasovelluksiin.

Miksi suuritehoisia pumppulasereita otetaan harvoin käyttöön itsenäisiä DFB-siruja Monet alan ammattilaiset herättävät luonnollisen kysymyksen:

Jos DFB-tekniikka takaa luotettavan aallonpituuden stabiloinnin, miksi lähes kaikki 980 nm:n pumppulaserit ovat riippuvaisia ​​FP+FBG-ratkaisusta?

Ydinsyy on erilaisissa ydinsuorituskykyprioriteeteissa eri sovellusskenaarioissa.

Viestintälähettimet priorisoivat tiedonsiirron tiukat vaatimukset linjanleveydelle, SMSR:lle, vaihekohinalle ja aallonpituuden tarkkuudelle.

Erbium-Doped Fiber Amplifiers (EDFA:t) -pumppulähteet on suunniteltu tuottamaan jatkuvaa, tehokasta korkeaa optista tehoa. Tällaisten pumppujen lähtöteholla, tehon muunnosteholla, pitkän aikavälin luotettavuudella ja valmistuskustannuksilla on suurempi painoarvo kuin erittäin korkealla spektripuhtaudella.

Vaikka suuritehoiset DFB-sirut ovat teknisesti toteutettavissa, lähtötehon skaalaaminen tekee sirun epitaksiaalisesta suunnittelusta, lämmönhallinnasta ja massatuotannosta erittäin monimutkaista, mikä nostaa tuotantokustannuksia ja vaarantaa erien välisen johdonmukaisuuden.

Tehokkaissa 980 nm:n pumppusovelluksissa teollisuus suosii siten FP-siruja, joiden rakenteet ovat yksinkertaisemmat ja jotka tukevat helposti suuritehoista toimintaa, yhdistettynä ulkoisiin FBG-sovelluksiin toiminta-aallonpituuden lukitsemiseksi.

FBGsA:n aallonpituuden lukitusmekanismi Fiber Bragg -hila (FBG) on optisen kuidun osa, jonka ytimeen on kirjoitettu jaksollinen taitekerroinmodulaatio. Sen ominaispiirre on kapeakaistainen korkea heijastavuus, joka keskittyy määrätylle Braggin aallonpituudelle, kun taas tämän päästökaistan ulkopuolella oleva valo läpäisee esteettömästi.

FP+FBG-konfiguraatiossa FBG on valmistettu laserin letkukuidusta ulkoisen resonanssiontelon muodostamiseksi yhdessä FP-sirun kanssa.

FP-siru lähettää ensin laajakaistaista spontaania ja stimuloitua säteilyä. Kun valo etenee FBG:hen, vain tavoitekeskiaallonpituuden lähellä olevat fotonit heijastuvat takaisin FP-onteloon jatkuvaa värähtelyä varten; kaikki kaistan ulkopuoliset aallonpituudet suodatetaan pois.

Toistuva selektiivinen takaisinkytkentä pakottaa laserin laseroimaan vakaasti FBG:n Bragg-aallonpituudella.

Tämä ulkoisen kaviteetin lukitusjärjestelmä optimoi merkittävästi paljaiden FP-laserien spektrisen suorituskyvyn ja tarjoaa seuraavat parannukset:

· Stabiloitu keskuslasing-aallonpituus

· Kaventunut spektrin leveys

· Pienennetty aallonpituuden lämpöpoikkeama

· Parannettu aallonpituuden sietokyky ajovirran vaihteluita vastaan

FP+FBG-arkkitehtuuri tasapainottaa siksi kaksi kriittistä suorituskykytavoitetta: korkea lähtöteho ja vakaa laseraallonpituus. Miksi FBG-lukitus on universaali 980 nm:n pumppulaserille. 980 nm:n pumppulaserin ensisijainen käyttökohde on EDFA-järjestelmät. Erbium-ionien huippuabsorptiotehokkuus on noin 976 nm. Pumpun lähteen voimakas aallonpituuspoikkeama, jonka lämpötila tai käyttövirta laukaisee, johtaa sarjaan suorituskyvyn heikkenemistä:

· Pienempi erbium-ionien absorptioteho

· Pienempi optinen vahvistusvahvistus

· Korkea meluluku

· Järjestelmän yleinen suorituskyky on heikentynyt

pumppulaserin on siksi säilytettävä tarkka, pitkäaikainen keskusaallonpituuden vakaus suuren tehon ohella. FBG-lukittu rakenne pitää laserin aallonpituuden tiukasti noin 976 nm:ssä, samalla kun se säilyttää korkean optisen tehon ja vankan pitkän aikavälin luotettavuuden, mikä tekee siitä kypsimmän ja laajimmin käytetyn teknisen reitin kaupallisille suuritehoisille 980 nm:n pumppumoduuleille. Valintaopas: DFB Laser vs. FP+FBGther arkkitehtuuri absoluuttinen laserNeiity; jokainen on optimoitu erilaisiin sovellusvaatimuksiin.

Kuten yllä näkyy, DFB-laserit ovat erinomaiset korkealaatuisina signaalilähettiminä, kun taas FP+FBG-laitteet sopivat paremmin pumppusovelluksiin, jotka vaativat suurta tehoa ja vakaan aallonpituuden toimintaa.

DFB- ja FBG-pohjaiset ulkoiset kaviteettilaserit eivät ole kilpailevia teknologioita, vaan kaksi kypsää teknistä polkua, jotka on optimoitu erillisiin käyttötapauksiin.

Nopeissa optisissa viestintäjärjestelmissä DFB-laserit ovat edelleen optimaalinen lähetinratkaisu hyödyntäen niiden kapeaa linjanleveyttä, korkeaa SMSR:ää ja poikkeuksellista aallonpituuden vakautta.

Tehokkaissa 980 nm:n pumppulasereissa FP+FBG-järjestelmä saavuttaa suuren lähtötehon, erinomaisen lämmönhajoamiskyvyn ja kustannuskilpailukyvyn säilyttäen samalla riittävän aallonpituuden lukitustarkkuuden, mikä selittää sen hallitsevan markkina-aseman nykyään.

Kaikille skenaarioille ei ole olemassa yleisesti ylivoimaista lasertekniikkaa – vain optimaalinen ratkaisu, joka on räätälöity tiettyihin järjestelmävaatimuksiin. Erilaisten teknisten arkkitehtuurien takana olevan suunnittelulogiikan hallitseminen mahdollistaa tarkan laserlähteen valinnan järjestelmäsi vaatimusten mukaisesti.