Prečo FBG blokovanie vlnovej dĺžky zostáva dominantné pre vysokovýkonný 980 nm pumpový laser

Prečo blokovanie vlnovej dĺžky FBG zostáva dominantné pre vysokovýkonný 980 nm laser s pumpou, aj keď lasery DFB poskytujú vynikajúcu stabilizáciu vlnovej dĺžky V optickej komunikácii, lasery s distribuovanou spätnou väzbou (DFB) slúžia ako hlavné svetelné zdroje pre vysokorýchlostný prenos DWDM, koherentnú komunikáciu a presné optické meracie systémy, vďaka svojej S-úzkej šírke riadku, Pomer potlačenia (SMSR) a vynikajúca stabilita vlnovej dĺžky.

Pokiaľ však ide o vysokovýkonný čerpací laser pracujúci pri 980 nm a 1480 nm, prevažná väčšina komerčných produktov využíva namiesto samostatných laserov DFB laser Fabry-Perot (FP) plus architektúru blokovania vlnovej dĺžky vláknovej Braggovej mriežky (FBG).

Tento článok analyzuje, prečo lasery DFB, napriek svojej vynikajúcej schopnosti blokovania vlnovej dĺžky, nedokázali ovládnuť trh vysokovýkonných laserových čerpadiel z troch dimenzií: štruktúra laserového čipu, výkon a požiadavky aplikácie. Ako lasery DFB dosahujú stabilný výstup vlnovej dĺžky Rezonančná dutina bežného FP lasera je tvorená dvoma štiepenými fazetami čipu. Aj keď sú lasery FP jednoduché a lacné na výrobu, trpia závažným posunom vlnovej dĺžky spôsobeným teplotnými zmenami, kolísaním prúdu a externou optickou spätnou väzbou, ktorá často osciluje súčasne vo viacerých pozdĺžnych režimoch.

Naproti tomu lasery DFB integrujú periodickú Braggovu mriežku priamo do polovodičového čipu. Mriežka poskytuje optickú spätnú väzbu selektívnu pre vlnovú dĺžku, ktorá obmedzuje laser na jeden pozdĺžny režim a potláča všetky konkurenčné rezonančné režimy.

V porovnaní so štandardnými lasermi FP majú lasery DFB kľúčové prednosti, ako je uvedené nižšie:

· Vyžarovanie v jednom pozdĺžnom režime

· Úzka šírka optickej spektrálnej čiary

· Vysoká SMSR

· Vynikajúca stabilita vlnovej dĺžky

Vďaka týmto výhodám sú lasery DFB preferovanými zdrojmi signálu pre vysokorýchlostnú optickú komunikáciu, systémy DWDM a aplikácie snímania optických vlákien a laserovej metrológie.

Prečo vysokovýkonná laserová pumpa zriedka používa samostatné čipy DFBMnoho odborníkov v odvetví kladie prirodzenú otázku:

Ak technológia DFB poskytuje spoľahlivú stabilizáciu vlnovej dĺžky, prečo sa takmer všetky 980 nm čerpacie lasery spoliehajú na riešenie FP+FBG?

Hlavný dôvod spočíva v rozdielnych základných prioritách výkonu v rôznych aplikačných scenároch.

Komunikačné vysielače uprednostňujú prenos dát s prísnymi požiadavkami na šírku linky, SMSR, fázový šum a presnosť vlnovej dĺžky.

Pumpové zdroje pre erbiom dopované vláknové zosilňovače (EDFA) sú navrhnuté tak, aby poskytovali nepretržitý a efektívny vysoký optický výkon. Pre takéto čerpadlá má výstupný výkon, účinnosť premeny energie, dlhodobá spoľahlivosť a výrobné náklady väčšiu váhu ako ultra vysoká spektrálna čistota.

Zatiaľ čo vysokovýkonné čipy DFB sú technicky uskutočniteľné, zvýšenie výstupného výkonu prináša drastickú zložitosť v epitaxnom dizajne čipu, tepelnom manažmente a hromadnej výrobe, čo zvyšuje výrobné náklady a ohrozuje konzistenciu medzi jednotlivými dávkami.

Pre vysokovýkonné 980 nm čerpacie aplikácie tak priemysel uprednostňuje FP čipy s inherentne jednoduchšími štruktúrami, ktoré ľahko podporujú vysokovýkonnú prevádzku, spárované s externými FBG na uzamknutie prevádzkovej vlnovej dĺžky.

Mechanizmus blokovania vlnovej dĺžky FBGsA Fiber Bragg Griting (FBG) je časť optického vlákna s periodickou moduláciou indexu lomu vpísanou do jeho jadra. Jeho definujúcou charakteristikou je úzkopásmová vysoká odrazivosť sústredená na určenú Braggovu vlnovú dĺžku, zatiaľ čo svetlo mimo tohto priepustného pásma prechádza nerušene.

V konfigurácii FP + FBG je FBG vyrobený na pigtailovom vlákne lasera, aby vytvoril vonkajšiu rezonančnú dutinu spolu s čipom FP.

FP čip najskôr vyžaruje širokopásmové spontánne a stimulované žiarenie. Keď sa svetlo šíri do FBG, iba fotóny v blízkosti cieľovej centrálnej vlnovej dĺžky sa odrážajú späť do dutiny FP pre trvalú osciláciu; všetky vlnové dĺžky mimo pásma sú odfiltrované.

Opakovaná selektívna spätná väzba núti laser stabilne lasovať na Braggovej vlnovej dĺžke FBG.

Táto schéma uzamknutia vonkajšej dutiny výrazne optimalizuje spektrálny výkon holých FP laserov a prináša nasledujúce vylepšenia:

· Stabilizovaná centrálna vlnová dĺžka lasera

· Zúžená spektrálna šírka

· Znížený tepelný drift vlnovej dĺžky

· Vylepšená odolnosť voči vlnovej dĺžke proti zmenám budiaceho prúdu

Architektúra FP+FBG preto vyvažuje dva kritické výkonnostné ciele: vysoký výstupný výkon a stabilnú vlnovú dĺžku lasera. Prečo je uzamykanie FBG univerzálne pre laser s pumpou 980 nm Primárnym nasadením lasera s pumpou s vlnovou dĺžkou 980 nm sú systémy EDFA. Erbiové ióny vykazujú maximálnu absorpčnú účinnosť okolo 976 nm. Závažný posun vlnovej dĺžky zdroja čerpadla vyvolaný teplotou alebo hnacím prúdom povedie ku kaskáde zhoršenia výkonu:

· Znížená účinnosť absorpcie iónov erbia

· Nižší zisk optického zosilnenia

· Zvýšené šumové číslo

· Zhoršený celkový výkon systému

pumpový laser musí preto udržiavať presnú a dlhodobú stabilitu centrálnej vlnovej dĺžky spolu s vysokým výkonom. FBG-locked dizajn pevne drží vlnovú dĺžku lasera okolo 976 nm, pričom si zachováva vysoký optický výkon a robustnú dlhodobú spoľahlivosť, čo z neho robí najvyspelejšiu a najrozšírenejšiu technickú cestu pre komerčné vysokovýkonné 980 nm čerpacie moduly. Sprievodca výberom: DFB Laser vs. FP+FBG Laser Ani jedna architektúra nemá absolútnu prevahu; každý z nich je optimalizovaný pre rôzne požiadavky aplikácie.

Ako je uvedené vyššie, lasery DFB vynikajú ako vysokokvalitné vysielače signálu, zatiaľ čo zariadenia FP+FBG sú vhodnejšie pre čerpacie aplikácie vyžadujúce vysoký výkon a stabilnú vlnovú dĺžku.

Lasery s vonkajšou dutinou na báze DFB a FBG nie sú konkurenčné technológie, ale dve vyspelé technické cesty optimalizované pre samostatné prípady použitia.

Pre vysokorýchlostné optické komunikačné systémy zostávajú lasery DFB optimálnym riešením vysielača, využívajúc ich úzku šírku čiary, vysokú SMSR a výnimočnú stabilitu vlnovej dĺžky.

Pre vysokovýkonný 980 nm pumpový laser schéma FP+FBG dosahuje vysoký výstupný výkon, vynikajúci tepelný rozptyl a nákladovú konkurencieschopnosť pri zachovaní dostatočnej presnosti uzamknutia vlnovej dĺžky, čo zodpovedá za jej dominantné postavenie na dnešnom trhu.

Neexistuje žiadna univerzálne lepšia laserová technológia pre všetky scenáre – iba optimálne riešenie prispôsobené špecifickým systémovým požiadavkám. Zvládnutie logiky dizajnu za rôznymi technickými architektúrami umožňuje presný výber laserového zdroja v súlade so špecifikáciami vášho systému.