파이버 결합 레이저 다이오드의 기본 사항은 무엇입니까?

오늘날 레이저 다이오드는 어디에나 있습니다. 전기 에너지를 레이저 출력으로 변환하는 가장 간단한 구성 요소입니다. 레이저 다이오드는 다양한 반도체 화합물 재료(GaAs, InP 또는 GaN과 같은 기타 보다 복잡한 구조)를 기반으로 합니다. 단일 모드 레이저 다이오드는 저전력 레이저 다이오드입니다(일반적으로<1W), while multimode laser diodes are higher power devices (typically 10 W to several kW).

광섬유 레이저 다이오드의 빛을 결합하는 데 사용되는 일반적으로 두 가지 유형의 활성 섬유가 있습니다.

• 단일 모드 파이버: 일반적으로 몇 미크론의 코어(예: 1 µm 파장에서 ~6 µm 코어, 1.5 µm 파장에서 ~9 µm 코어)
• 다중 모드 광섬유: 더 높은 수준의 광 출력을 처리하기 위해 더 큰 직경. 표준 버전은 일반적으로 코어 직경이 62, 100, 200, 400, 800 또는 > 1000 µm입니다. 직경이 작을수록 렌즈나 현미경 대물렌즈를 사용하여 섬유의 빛을 작은 지점에 집중시키기가 더 쉽습니다.

단일 모드 및 다중 모드 광섬유의 원리. 다중 모드 파이버 코어는 훨씬 큽니다.

편광 유지 광섬유: 단일 모드 레이저 다이오드는 표준 광섬유(SMF) 또는 편광 유지 광섬유(PM)일 수 있습니다. 후자에서 섬유는 섬유 길이 전체에 걸쳐 빛의 편광을 유지하는 특수 클래딩 구조를 가지고 있습니다. 아래 표는 코닝에서 제공하는 다양한 유형의 단일 모드 편파 유지 광섬유의 특성을 보여줍니다. 파장이 감소함에 따라 코어 직경이 매우 작아지는 것을 볼 수 있습니다. 표에서 주목해야 할 흥미로운 데이터 포인트는 컷오프 파장입니다. 단일 모드 광섬유는 컷오프 파장과 컷오프 파장의 약 1.5배 사이의 파장을 고려할 때 잘 작동합니다. 이 범위 아래에서 광섬유는 다중 모드가 되고 이 범위를 초과하면 구부러질 때 빛이 쉽게 광섬유를 떠날 수 있습니다.

단일 모드 파이버 결합 레이저 다이오드 이 유형의 레이저 다이오드는 일반적으로 TEC 냉각기와 서미스터가 포함된 "버터플라이" 패키지로 조립됩니다(오늘날 추세는 더 작은 폼 팩터를 지향합니다). 단일 모드 광섬유 결합 레이저 다이오드는 일반적으로 수백 밀리와트에서 1.5와트까지 출력 전력이 가능합니다.

1064nm에서 방출하는 단일 모드 광섬유 결합 나비 레이저 다이오드의 예(14-핀 표준 나비). 이 레이저 다이오드 모듈은 TE-냉각기, 서미스터 및 광 전력 수준을 측정하기 위한 모니터(BFM)로 구성됩니다.

시장에는 몇 가지 다른 패키지 스타일이 있습니다. 예를 들어, 다음 DIL 패키지는 일반적으로 전력이 10mW 미만인 통신 시장 또는 동축 패키지에서 흔히 볼 수 있습니다.

VCSEL 레이저 다이오드는 일반적으로 파이버 결합되지 않습니다. 이들은 컴퓨터 마우스 장치 또는 스마트폰의 3D 감지 안면 인식과 같은 대형 확산 감지 응용 분야에 사용되는 일반적인 유형의 레이저 다이오드입니다.

DFB 및 Fabry-Perrot 에지 방출 다이오드는 일반적으로 아래에 설명된 대로 광섬유로 결합됩니다.

Fabry-Perot 레이저 다이오드브래그 격자를 사용하는 "표준" 파이버 결합 레이저 다이오드는 일반적인 부분 반사 반도체 캐비티로, 후면에는 고반사 코팅이 있고 전면에는 부분 반사 코팅이 있습니다. 일반적인 레이저 다이오드 칩 크기는 약 1*0.5*0.2mm입니다. 주요 특징은 다음과 같습니다.

단일 모드의 경우 최대 1.5W의 전력 범위(멀티 모드의 경우 훨씬 더 많음)
Generally wide bandwidth (>1nm)
출력 빔은 매우 타원형입니다.
방출 대역폭을 줄이고 레이저 다이오드의 전반적인 안정성을 향상시키기 위해 레이저 다이오드 제조업체는 종종 출력 광섬유 내부에 광섬유 브래그 격자를 추가합니다.

브래그 격자는 매우 정확한 파장에서 레이저 다이오드에 몇 퍼센트의 반사율을 추가합니다. 이를 통해 레이저 다이오드 방출 대역폭을 전반적으로 줄일 수 있습니다. 방출 대역폭은 일반적으로 브래그 격자가 없는 3-5 nm이지만 훨씬 더 좁습니다(~<0.1 nm) when using a Bragg grating. The wavelength spectral temperature tuning coefficient is typically 0.35 nm/°C without any Bragg gratings and much smaller with Bragg gratings. The main suppliers of 915/976/1064 nm single-mode pump laser diodes are companies that developed the fiber amplifier (EDFA: Erbium-Doped Fiber Amplifier) business for the telecom market in the late nineties. Due to their high yield, they offer high reliability and reasonable cost.

DBR 또는 DFB 레이저 다이오드
DFB 또는 DBR 레이저 다이오드 장치는 브래그 격자 파장 안정화 섹션을 레이저 다이오드 칩에 직접 통합합니다. 이는 일반적으로 브래그 격자가 있는 Fabry-Perot의 경우 약 0.1 nm가 아닌 1 MHz DFB의 경우 더 좁은 방출 파장(약 10^(-5) nm)을 제공합니다.

다중 모드 파이버 결합 레이저 다이오드 4개 시리즈

Single Emitter: 레이저 다이오드 칩이 서브 마운트에 독립적으로 조립되고 레이저 다이오드 모듈에 별도로 포장되는 경우. 여기서는 일반적으로 105(코어)/125µm(클래딩) 레이저 다이오드에 결합된 15W에 대해 이야기하고 있습니다.
다중 방출기: 다중 방출기가 분리되어 다중 모드 광섬유에서 다른 격리된 방출기와 함께 광학적으로 결합되는 경우(그림 19-오른쪽). 결과적으로 출력 전력 수준을 수백 와트로 확장할 수 있으며 섬유 크기를 100 또는 200µm 코어와 같이 작게 유지할 수 있습니다.
모노바: 여러 이미터가 모노바(그림 17)로 함께 고정되고 레이저 다이오드 모듈에 조립되는 경우. 여기서는 일반적으로 200µm(코어)/240µm(클래딩) 레이저 다이오드에 결합된 약 50W에 대해 이야기하고 있습니다.
멀티바: 여러 개의 바가 대형 수냉식 패키지에 조립되고 대구경 다중 모드 광섬유에 결합되는 경우. 여기서 우리는 600 또는 800 µm 코어 멀티모드 광섬유에 결합된 100 Watts 또는 심지어 KW에 대해 이야기하고 있습니다.

다양한 계열을 고려할 때 일반적인 전압 및 전류 수준이 어떻게 달라지는지는 주목할 가치가 있습니다.

일반적인 단일 송신기의 일반적인 전압 레벨은 약 1.5V이고 전류는 약 15A입니다.
다중 이미 터 레이저 다이오드의 경우 이미 터는 직렬로 조립됩니다. 즉, 전류 레벨은 변하지 않지만(일반적으로 최대 15A) 전압은 점점 더 많은 이미터를 고려할 때 증가합니다. (예: 60W 레이저 다이오드의 경우 4.5V/15A)
레이저 다이오드 막대는 모든 이미 터와 병렬로 조립됩니다. 따라서 전압 레벨은 동일하게 유지되지만 전류 레벨은 쉽게 45A 또는 50A에 도달할 수 있습니다.
또한 여러 개의 막대를 함께 조립할 때 직렬로 조립되므로 전류 수준(예: 45A)은 변하지 않지만 전압은 막대 수에 따라 규칙적으로 증가합니다.

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