Чому блокування довжини хвилі FBG залишається домінуючим для високопотужного лазера накачування 980 нм

Чому блокування довжини хвилі FBG залишається домінуючим для високопотужного лазера накачування з довжиною хвилі 980 нм, навіть незважаючи на те, що лазери DFB забезпечують чудову стабілізацію довжини хвилі. В оптичному зв’язку лазери з розподіленим зворотним зв’язком (DFB) служать основними джерелами світла для високошвидкісної передачі DWDM, когерентного зв’язку та точних оптичних вимірювальних систем завдяки своїй вузькій ширині лінії, робота в одному поздовжньому режимі, високий коефіцієнт придушення бічної моди (SMSR) і виняткова стабільність довжини хвилі.

Однак, коли мова заходить про високопотужний лазер накачування, який працює на 980 нм і 1480 нм, переважна більшість комерційних продуктів використовують лазер Фабрі-Перо (FP) і архітектуру блокування довжини хвилі волоконно-брегговської решітки (FBG) замість автономних лазерів DFB.

У цій статті аналізується, чому DFB-лазери, незважаючи на їх чудову здатність блокувати довжину хвилі, не змогли домінувати на ринку високопотужних лазерів накачування за трьома параметрами: структурою лазерного чіпа, потужністю та вимогами до застосування. Як DFB-лазери досягають стабільної вихідної довжини хвилі. Резонансна порожнина звичайного FP-лазера утворена двома сколеними гранями чіпа. Незважаючи на прості та недорогі у виготовленні, FP-лазери страждають від сильного дрейфу довжини хвилі, викликаного коливаннями температури, викликаючими флуктуаціями струму та зовнішнім оптичним зворотним зв’язком, часто коливаючись у кількох поздовжніх модах одночасно.

Навпаки, DFB-лазери інтегрують періодичну решітку Брегга безпосередньо в напівпровідниковий чіп. Гратка забезпечує селективний по довжині хвилі оптичний зворотний зв’язок, який обмежує генерацію однієї поздовжньої моди та пригнічує всі конкуруючі резонансні моди.

У порівнянні зі стандартними FP-лазерами, DFB-лазери мають такі основні переваги:

· Одномодове поздовжнє випромінювання

· Вузька оптична спектральна ширина лінії

· Високий SMSR

· Чудова стабільність довжини хвилі

Завдяки цим перевагам лазери DFB є переважними джерелами сигналів для високошвидкісного оптичного зв’язку, систем DWDM, оптоволоконного зондування та лазерної метрології.

Чому високопотужний лазер із накачуванням рідко використовує автономні мікросхеми DFBБагато практиків галузі піднімають природне запитання:

Якщо технологія DFB забезпечує надійну стабілізацію довжини хвилі, чому майже всі лазери накачування 980 нм покладаються на рішення FP+FBG?

Основна причина полягає в розбіжності пріоритетів продуктивності ядра в різних сценаріях застосування.

Передавачі зв’язку надають пріоритет передачі даних із суворими вимогами щодо ширини лінії, SMSR, фазового шуму та точності довжини хвилі.

Джерела накачування для волоконних підсилювачів із легуванням ербієм (EDFA) розроблені для безперервної, ефективної високої вихідної оптичної потужності. Для таких насосів вихідна потужність, ефективність перетворення потужності, довгострокова надійність і вартість виробництва мають більшу вагу, ніж надвисока спектральна чистота.

Хоча високопотужні мікросхеми DFB є технічно здійсненними, збільшення вихідної потужності значно ускладнює епітаксійну конструкцію мікросхем, керування температурою та масове виробництво, підвищуючи витрати на виробництво та погіршуючи узгодженість від партії до партії.

Таким чином, для високопотужних застосувань насоса 980 нм галузь надає перевагу мікросхемам FP із за своєю суттю простішими структурами, які легко підтримують роботу з високою потужністю, у поєднанні із зовнішніми FBG для фіксації робочої довжини хвилі.

Механізм блокування довжини хвилі FBGsA Волоконна бреггівська решітка (FBG) — це ділянка оптичного волокна з періодичною модуляцією показника заломлення, вписаною в його серцевину. Його визначальною характеристикою є вузькосмугова висока відбивна здатність, зосереджена на визначеній довжині хвилі Брегга, тоді як світло за межами цієї смуги пропускання проходить безперешкодно.

У конфігурації FP+FBG FBG виготовляється на волокні кіски лазера для формування зовнішньої резонансної порожнини разом із мікросхемою FP.

Чіп FP спочатку випромінює широкосмугове спонтанне та стимульоване випромінювання. Коли світло поширюється в FBG, лише фотони поблизу цільової центральної довжини хвилі відбиваються назад у порожнину FP для тривалого коливання; усі позадіапазонні довжини хвиль відфільтровуються.

Повторюваний вибірковий зворотний зв’язок змушує лазер працювати стабільно на довжині хвилі Брегга FBG.

Ця схема блокування зовнішньої порожнини значно оптимізує спектральну характеристику оголених FP-лазерів, забезпечуючи такі покращення:

· Стабілізована центральна довжина хвилі генерації

· Звужена спектральна ширина

· Зменшений тепловий дрейф довжини хвилі

· Покращена стійкість до довжини хвилі проти коливань струму

Таким чином, архітектура FP+FBG збалансовує дві критичні цілі продуктивності: високу вихідну потужність і стабільну довжину хвилі лазерного випромінювання. Чому фіксація FBG є універсальною для лазера накачування 980 нм Основним розгортанням лазера накачування 980 нм є системи EDFA. Іони ербію демонструють максимальну ефективність поглинання біля 976 нм. Сильний дрейф довжини хвилі джерела накачування, спричинений температурою або струмом, призведе до каскаду погіршення продуктивності:

· Знижена ефективність поглинання іонів ербію

· Нижче оптичне посилення

· Підвищений коефіцієнт шуму

· Зниження загальної продуктивності системи

тому лазер накачування повинен підтримувати точну довгострокову центральну стабільність довжини хвилі разом із високою вихідною потужністю. Конструкція з блокуванням FBG утримує довжину хвилі лазерного випромінювання близько 976 нм, зберігаючи при цьому високу оптичну потужність і міцну довгострокову надійність, що робить його найбільш зрілим і широко поширеним технічним шляхом для комерційних високопотужних модулів насоса 980 нм. Посібник з вибору: лазер DFB проти лазера FP+FBG Жодна архітектура не має абсолютної переваги; кожен оптимізований для різних вимог додатків.

Як показано вище, лазери DFB є високоякісними передавачами сигналу, тоді як пристрої FP+FBG краще підходять для насосних застосувань, які вимагають високої потужності та стабільної роботи з довжиною хвилі.

Лазери зовнішнього резонатора на основі DFB і FBG — це не конкуруючі технології, а два зрілих технічних шляхи, оптимізовані для окремих випадків використання.

Для високошвидкісних систем оптичного зв’язку лазери DFB залишаються оптимальним рішенням передавача, завдяки своїй вузькій ширині лінії, високому SMSR і винятковій стабільності довжини хвилі.

Для високопотужного лазера накачування 980 нм схема FP+FBG забезпечує високу вихідну потужність, чудове розсіювання тепла та конкурентоспроможність за ціною, зберігаючи достатню точність фіксації довжини хвилі, що пояснює його домінуюче положення на ринку сьогодні.

Немає універсальної найкращої лазерної технології для всіх сценаріїв — лише оптимальне рішення, адаптоване до конкретних системних вимог. Оволодіння логікою проектування, що лежить в основі різних технічних архітектур, дозволяє точно вибирати лазерне джерело відповідно до специфікацій вашої системи.