레이저 다이오드를 조정 가능한 반도체 레이저로 변환하는 방법

레이저 다이오드를 조정 가능한 반도체 레이저로 변환하면 정밀한 파장 선택 및 제어를 통해 측정 시스템의 정확성과 안정성이 크게 향상됩니다. 이는 분광 분석, 정밀 측정 및 과학 연구와 같은 고정밀 응용 분야에 특히 중요합니다.

레이저 다이오드
레이저 다이오드는 레이저 포인터, 바코드 스캐너 또는 CD/DVD/블루레이 드라이브와 같은 다양한 소비자 제품에서 잘 알려진 하위 구성 요소입니다. 이들의 성공은 소형화, 작동 용이성, 높은 변환 효율성 및 높은 비용 대비 성능에서 비롯됩니다. 그러나 베어 레이저 다이오드의 방출 스펙트럼은 넓고 레이저 파장은 잘 정의되지 않습니다.

일반적으로 반도체 레이저 튜브의 두 끝면은 공진 공동을 형성하고 (세로) 레이저 모드를 결정합니다. 반도체의 넓은 이득 곡선은 각각 다른 주파수를 갖는 여러 모드를 동시에 지원합니다. 단일 세로 모드를 사용하는 다이오드라도 칩 온도나 드라이버 전류의 작은 변화에도 모드 호핑과 스펙트럼적으로 불안정한 출력 빔이 나타날 수 있습니다.

파장 가변 반도체 레이저

조정 가능한 단일 주파수 반도체 레이저는 레이저 주파수 선택 및 조정을 위한 격자와 같은 주파수 선택 모듈과 레이저 다이오드로 구성됩니다. 우리는 좁은 선폭과 조정 가능성으로 190 nm에서 4000 nm까지의 파장을 제공할 수 있습니다. 일부 시스템에서는 최대 120 nm 모드 홉 없는 조정 가능성이 있습니다. 이러한 레이저는 독립형 증폭기를 사용하여 증폭하거나 최대 4W의 완전한 마스터 발진기 전력 증폭기(MOPA)에 통합할 수 있습니다. 대부분의 레이저 증폭기 시스템은 테이퍼형 증폭기를 사용합니다. 주파수가 2배인 레이저(190 nm ~ 680 nm, 최대 1 W의 출력)를 사용하면 더 넓은 스펙트럼 범위를 달성할 수 있습니다. 이러한 모든 레이저 시스템의 가장 중요한 특징은 낮은 노이즈(낮은 RIN 노이즈 및 좁은 선폭)와 낮은 드리프트입니다. 이러한 우수한 특성은 매우 우수한 레이저 드라이버 회로에 달려 있습니다. 더 높은 레이저 안정성을 달성하기 위해 편리한 디지털 회로로 제어할 수 있는 다양한 유형의 레이저 주파수 잠금 모듈을 사용하여 선폭을 1Hz로 좁힐 수 있습니다.

모드 선택
레이저 공동에 주파수 선택 피드백을 도입함으로써 좁은 방출 선폭, 큰 간섭 길이, 정확한 파장 선택 및 방출 주파수의 조정 또는 안정화와 같은 우수한 반도체 레이저 특성을 얻을 수 있습니다. JTBYShield는 조정 가능한 단일 주파수 반도체 레이저 두 개를 제공합니다. 둘 다 격자 구조를 활용하여 방출 주파수를 선택하고 제어합니다. 하나는 격자 안정화 외부 공동 반도체 레이저(ECDL)입니다.

여기에는 첫 번째 공진 공동 면으로 레이저 다이오드 앞에 장착된 광학 격자가 포함되어 있고, 두 번째 공진 공동 면은 다이오드 뒷면이며, 레이저 튜브와 피드백 요소가 "외부 공진 공동"을 형성합니다.

외부 공동 반도체 레이저의 개략도

또 다른 접근 방식은 격자가 반도체 자체에 내장된 레이저 다이오드(DFB(분산 피드백) 및 DBR(분산 브래그 반사경) 반도체 레이저 튜브)입니다.

격자 필터, 반도체 이득 곡선, 내부 반도체 레이저 튜브 모드 및 (해당되는 경우) 외부 캐비티 모드에 따라 레이저 모드가 결정됩니다. 안정적인 단일 모드 작동을 위해서는 정확한 온도 및 전류 제어와 구성 요소의 적절한 매칭이 필요합니다.

외부 공동 다이오드 레이저의 모드 선택

외부 공동 반도체 레이저의 개략도

DBR 레이저 다이오드 회로도

파장 튜닝

DFB 및 DBR 다이오드는 반도체 레이저 튜브 전류 및/또는 온도를 조정하여 파장을 조정할 수 있습니다. 모드 호핑 없이 약 1-2nm까지 조정할 수 있습니다.

ECDL의 파장을 변경하려면 예를 들어 격자의 입사각을 변경하여 모드 선택 장치의 스펙트럼 응답을 변경해야 합니다. 총 이득이 최대인 모드에서 작동하면 레이저가 다른 세로 모드로 점프하여 새로운 파장에서 방출됩니다.

레이저 파장의 미세 조정은 외부 공동의 길이를 변경하여 달성되며, 이는 레이저의 단일 모드 작동에 의해 지원되는 현재 세로 모드를 변경합니다.

모드 홉 없는 튜닝

DL 프로 레이저

모드 홉이 없는 넓은 튜닝 범위는 여러 요소의 조정된 튜닝에 의해 결정됩니다. 당사의 DL pro 레이저는 격자 각도, 외부 공동 길이 및 반도체 레이저 튜브 전류를 동시에 변경하여 최적의 동기화를 달성함으로써 넓은 주파수 호핑 프리 튜닝을 달성합니다. DL pro의 모드 홉 없는 튜닝은 일반적으로 20-50 GHz이며, 안정적인 작업 조건을 얻기 위해 견고한 준단량체 구조를 사용합니다.

응용 분야
1. 통신 분야에서의 활용
조정 가능한 반도체 레이저는 광통신 시스템, 특히 WDM(파장 분할 다중화) 및 DWDM(고밀도 파장 분할 다중화) 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 파장 조정 기능을 통해 다양한 채널의 요구 사항에 유연하게 적응할 수 있어 네트워크의 전송 용량과 효율성이 향상됩니다.
2. 의료분야에서의 적용
의료 분야에서는 파장 가변 반도체 레이저가 고정밀 수술, 레이저 치료, 생체의학 이미징 등에 널리 사용되고 있습니다. 정밀한 파장 제어와 높은 안정성으로 인해 안과 수술, 피부과 치료, 암 치료 등의 응용 분야에 이상적인 선택입니다.
3. 과학 연구에의 응용
조정 가능한 반도체 레이저는 스펙트럼 분석, 정밀 측정 및 양자 광학 연구와 같은 과학 연구에서 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다. 좁은 선폭과 높은 측면 모드 억제 비율로 인해 고해상도 스펙트럼 측정 및 저잡음 레이저 소스 요구 사항에 탁월합니다.
4. 고정밀 측정
고정밀 측정에 파장 가변 반도체 레이저를 적용하는 방법에는 거리 측정, 속도 측정, 변형률 측정이 포함됩니다. 높은 일관성과 좁은 선폭 특성을 통해 간섭계 측정 시스템이 매우 높은 측정 정확도와 안정성을 달성할 수 있습니다.
5. 스펙트럼 분석
파장가변 반도체 레이저를 스펙트럼 분석에 사용하면 고해상도, 고감도 스펙트럼 데이터를 제공할 수 있습니다. 환경 모니터링, 화학 분석 및 바이오센싱에 적용하면 미량 성분을 감지하고 복잡한 샘플을 분석하는 데 도움이 됩니다.
6. 광주파수 주사 간섭계
광주파수 주사 간섭계에 파장 가변 반도체 레이저를 적용하면 레이저 주파수를 변경하여 대상의 절대 거리를 측정할 수 있습니다. 높은 정밀도와 긴 일관성 길이로 인해 지형 매핑 및 우주 탐사에 널리 사용됩니다.

레이저 다이오드를 조정 가능한 반도체 레이저로 변환하면 주파수 선택 피드백 메커니즘을 도입하여 모드 선택을 달성하고 격자 구조(예: 외부 공동 격자 및 내장 격자 DFB/DBR)를 사용하여 파장 조정을 제어하고 레이저 출력 및 모드의 안정성을 최적화합니다. -동기 튜닝 방식을 통한 홉 없는 튜닝 범위. 이러한 혁신은 레이저 시스템의 정확성과 안정성을 향상시킬 뿐만 아니라 고정밀 측정, 스펙트럼 분석 및 광주파수 스캐닝 간섭계 측정 분야의 응용 가능성을 확장합니다.

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