Širokopásmové světelné zdroje SLED

Ve scénářích, kde senzorové sítě z optických vláken monitorují strukturální zdraví můstků a lékařské OCT zařízení zachycuje léze sítnice na úrovni mikronů, se širokopásmové světelné zdroje SLED se svým ultra širokým spektrem, nízkou koherencí a vysokou stabilitou staly hlavními součástmi podporujícími vysoce přesné optické systémy. Jako speciální zdroj světla mezi laserovými diodami a diodami vyzařujícími světlo poskytují tato zařízení díky svému jedinečnému mechanismu vyzařování světla a konstrukci obvodů nenahraditelná optická řešení pro průmyslové monitorování, biomedicínu a výzkum obrany státu.

I. Definice a princip vyzařování světla širokopásmových světelných zdrojů SLED

Širokopásmový světelný zdroj SLED je v podstatě superluminiscenční dioda vyzařující světlo. Jeho základní struktura se skládá z PN přechodu vyrobeného ze sloučenin III-V polovodičů (jako jsou GaAs a InP). Když je na PN přechod aplikováno dopředné předpětí, elektrony jsou injektovány z N-oblasti do P-oblasti a díry jsou injektovány z P-oblasti do N-oblasti. Fotony se uvolňují, když se menšinové nosiče rekombinují s většinovými nosiči. Na rozdíl od náhodné spontánní emise obyčejných LED, SLED, prostřednictvím optimalizovaných struktur aktivních oblastí (jako jsou kvantové studny a napjaté vrstvy), umožňují fotonům podstoupit částečnou stimulovanou emisi během šíření. To umožňuje užší spektrální šířku pásma (typicky 6nm-100nm) a vyšší výstupní výkon ve srovnání s tradičními širokopásmovými světelnými zdroji při zachování nízké koherence.

Jejich spektrální charakteristiky lze dále optimalizovat pomocí technik spolupráce s více zařízeními. Například schéma využívající čtyři čipy SLED prostřednictvím selektivní vazby na vlnovou délku může zlepšit spektrální plochost na ≤3dB, pokrývající pásmo C+L 1528nm-1603nm, splňující požadavky testování systémů s hustou vlnovou délkou multiplexování (DWDM).

II. Vlastnosti produktu širokopásmových světelných zdrojů SLED

1. Spektrální výkon: SLED širokopásmové světelné zdroje mají typicky 3dB šířku pásma 40nm-100nm, přičemž střední vlnové délky pokrývají běžně používaná komunikační a snímací pásma jako 850nm, 1310nm a 1550nm. 

2. Řízení spektrální hustoty: Pomocí technologie spektrálního zploštění lze jeho spektrální hustotu řídit v rozsahu od -30dBm/nm do -20dBm/nm, což zajišťuje energetickou rovnováhu v systémech s více vlnovými délkami.

3. Stabilita výkonu: Při použití obvodů s uzavřenou smyčkou ATC (Automatic Temperature Control) a APC (Automatic Power Control) jsou krátkodobé kolísání výkonu ≤ 0,02 dB (15 minut) a dlouhodobé kolísání ≤ 0,05 dB (8 hodin). Například 1550nm SLED světelný zdroj Bocos Optoelectronics vykazuje stabilitu výstupního výkonu ≤±0,05dB/8 hodin v rozsahu provozních teplot -20℃ až 65℃.

4. Modulární design: Nabízí stolní (260 × 285 × 115 mm) i modulární (90 × 70 × 15 mm) balíčky, podporuje rozhraní RS-232 a software hostitelského počítače pro vzdálené nastavení napájení, spektrální monitorování a diagnostiku poruch.

III. Oblasti použití širokopásmových světelných zdrojů SLED

1. Systémy snímání optických vláken

Při distribuovaném snímání z optických vláken může nízká koherence SLED eliminovat rušivý šum způsobený Rayleighovým rozptylem a zlepšit prostorové rozlišení na milimetrovou úroveň. Například při monitorování úniků z ropovodu dokáže 1550nm světelný zdroj SLED v kombinaci se senzorem FBG detekovat změny teploty o 0,1 °C v dosahu 10 km.

2. Lékařské zobrazování (OCT)

Optická koherentní tomografie (OCT) spoléhá na koherenční délku a výkonovou stabilitu světelného zdroje. Koherenční délka SLED (<100 μm) je mnohem nižší než u tradičních laserů, čímž se zabrání artefaktové interferenci při zobrazování. 850nm světelný zdroj SLED společnosti Bocos Optoelectronics byl aplikován na oční OCT zařízení, čímž bylo dosaženo vrstveného zobrazení sítnice na úrovni 10 μm.

3. Testování optické komunikace

Při testování zařízení CWDM mohou široké spektrální charakteristiky SLED současně pokrýt pásmo 800nm-1650nm. V kombinaci se spektrometrem s vysokým rozlišením lze přesně měřit parametry, jako je rozteč kanálů a vložný útlum, což zvyšuje účinnost testování více než 3krát. 4. Obranný výzkum: Vysoce polarizační světelné zdroje SLED lze použít v interferometrových systémech pro gyroskopy s optickými vlákny. Jejich nízkošumová charakteristika (RIN < -140dB/Hz) může zlepšit přesnost měření úhlové rychlosti na 0,01°/h.

IV. Formy balení širokopásmových světelných zdrojů SLED

1. Butterfly Package: 14pinový motýlkový balíček, obsahující vestavěný termoelektrický chladič (TEC) a optický izolátor.

2. Balíček pro stolní počítače: Integruje napájecí zdroj, ovládání teploty a komunikační rozhraní, podporuje ovládání softwaru hostitelského počítače, vhodné pro laboratorní výzkum a kalibrační scénáře.BocosStolní 1550nm SLED (195(W)×220(D)×120(V)) světelný zdroj je vybaven dotykovou obrazovkou a tlačítky, které mohou zobrazovat výstupní výkon, vlnovou délku a další parametry v reálném čase.

3. Modulární balíček: Kompaktní velikost (125 (Š) × 150 (D) × 20 (V)), lze jej přímo zabudovat do průmyslového zařízení nebo testovacích přístrojů v terénu, což snižuje náklady na integraci systému. Modul podporuje AC 110~240V nebo DC 5V/4A napájení a je vhodný pro skladovací prostředí v rozsahu od -40℃ do 85℃.