Proč FBG zamykání vlnové délky zůstává dominantní pro vysoce výkonný 980 nm laser s pumpou

Proč FBG zamykání vlnové délky zůstává dominantní u vysoce výkonného 980 nm laserového čerpadla, přestože lasery DFB poskytují vynikající stabilizaci vlnové délky V optických komunikacích slouží lasery s distribuovanou zpětnou vazbou (DFB) jako hlavní světelné zdroje pro vysokorychlostní přenos DWDM, koherentní komunikaci a přesné optické měřicí systémy, a to díky jejich širokopásmovému provozu s úzkou šířkou čáry. Poměr potlačení (SMSR) a vynikající stabilita vlnové délky.

Pokud však jde o vysokovýkonný čerpací laser pracující při 980 nm a 1480 nm, převážná většina komerčních produktů využívá namísto samostatných laserů DFB laser Fabry-Perot (FP) plus architekturu blokování vlnové délky Fiber Bragg Grating (FBG).

Tento článek analyzuje, proč lasery DFB, navzdory své vynikající schopnosti zamykání vlnové délky, nedokázaly ovládnout trh s vysoce výkonnými lasery s pumpami ze tří dimenzí: struktura laserového čipu, výkon a požadavky na aplikace. Jak lasery DFB dosahují stabilního výstupu vlnové délky Rezonanční dutina konvenčního laseru FP je tvořena dvěma štěpenými plochami čipu. I když jsou lasery FP jednoduché a levné na výrobu, trpí velkým posunem vlnové délky vyvolaným změnami teploty, kolísáním hnacího proudu a vnější optickou zpětnou vazbou, často oscilujícími napříč více podélnými režimy současně.

Naproti tomu lasery DFB integrují periodickou Braggovu mřížku přímo do polovodičového čipu. Mřížka poskytuje optickou zpětnou vazbu selektivní pro vlnovou délku, která omezuje laser na jeden podélný režim a potlačuje všechny konkurenční rezonanční režimy.

Ve srovnání se standardními lasery FP mají lasery DFB klíčové přednosti, jak je uvedeno níže:

· Vyzařování v jednom podélném režimu

· Úzká šířka optické spektrální čáry

· Vysoká SMSR

· Vynikající stabilita vlnové délky

Díky těmto výhodám jsou lasery DFB preferovanými zdroji signálu pro vysokorychlostní optické komunikace, systémy DWDM a aplikace pro snímání optických vláken a laserovou metrologii.

Proč vysoce výkonná laserová pumpa zřídka přijímá samostatné čipy DFB Mnoho odborníků v oboru klade přirozenou otázku:

Jestliže technologie DFB poskytuje spolehlivou stabilizaci vlnové délky, proč se téměř všechny 980 nm čerpací lasery spoléhají na řešení FP+FBG?

Hlavní důvod spočívá v rozdílných hlavních prioritách výkonu v různých aplikačních scénářích.

Komunikační vysílače upřednostňují přenos dat s přísnými požadavky na šířku linky, SMSR, fázový šum a přesnost vlnové délky.

Pumpové zdroje pro erbiem dopované vláknové zesilovače (EDFA) jsou navrženy tak, aby poskytovaly nepřetržitý a účinný vysoký optický výkon. U takových čerpadel má výstupní výkon, účinnost přeměny energie, dlouhodobá spolehlivost a výrobní náklady větší váhu než ultra vysoká spektrální čistota.

Zatímco vysoce výkonné čipy DFB jsou technicky proveditelné, škálování výstupního výkonu přináší drastickou složitost epitaxního návrhu čipu, tepelného managementu a hromadné výroby, což zvyšuje výrobní náklady a snižuje konzistenci jednotlivých dávek.

Pro vysoce výkonné 980 nm pumpové aplikace tak průmysl upřednostňuje FP čipy s přirozeně jednoduššími strukturami, které pohotově podporují vysokovýkonný provoz, spárované s externími FBG pro uzamčení provozní vlnové délky.

Mechanismus zamykání vlnové délky FBGsA Fiber Bragg Griting (FBG) je úsek optického vlákna s periodickou modulací indexu lomu vepsanou do jeho jádra. Jeho definující charakteristikou je úzkopásmová vysoká odrazivost se středem na určené Braggově vlnové délce, zatímco světlo mimo toto propustné pásmo prochází nerušeně.

V konfiguraci FP+FBG je FBG vyrobeno na pigtailovém vláknu laseru, aby spolu s FP čipem vytvořilo vnější rezonanční dutinu.

FP čip nejprve vysílá širokopásmové spontánní a stimulované záření. Jak se světlo šíří do FBG, pouze fotony v blízkosti cílové centrální vlnové délky se odrážejí zpět do dutiny FP pro trvalé oscilace; všechny vlnové délky mimo pásmo jsou odfiltrovány.

Opakovaná selektivní zpětná vazba nutí laser stabilně lasovat na Braggově vlnové délce FBG.

Toto schéma uzamčení vnější dutiny výrazně optimalizuje spektrální výkon holých FP laserů a přináší následující vylepšení:

· Stabilizovaná vlnová délka centrálního laseru

· Zúžená spektrální šířka

· Snížený teplotní drift vlnové délky

· Vylepšená odolnost vůči vlnovým délkám proti kolísání budícího proudu

Architektura FP+FBG proto vyvažuje dva kritické výkonnostní cíle: vysoký výstupní výkon a stabilní vlnovou délku laseru. Proč je uzamykání FBG univerzální pro 980 nm pumpový laser Primárním nasazením 980 nm pumpového laseru jsou systémy EDFA. Erbium ionty vykazují maximální absorpční účinnost kolem 976 nm. Závažný posun vlnové délky zdroje čerpadla vyvolaný teplotou nebo hnacím proudem povede ke kaskádě snížení výkonu:

· Snížená účinnost absorpce iontů erbia

· Nižší zisk optického zesílení

· Zvýšené šumové číslo

· Zhoršený celkový výkon systému

čerpadlový laser proto musí udržovat přesnou, dlouhodobou stabilitu centrální vlnové délky spolu s vysokým výstupním výkonem. FBG-locked design drží vlnovou délku laseru pevně kolem 976 nm při zachování vysokého optického výkonu a robustní dlouhodobé spolehlivosti, což z něj činí nejvyspělejší a nejrozšířenější technickou cestu pro komerční vysoce výkonné 980 nm čerpací moduly. Průvodce výběrem: DFB Laser vs. FP+FBG Laser Ani jedna architektura nemá absolutní převahu; každý je optimalizován pro různé požadavky aplikací.

Jak je uvedeno výše, lasery DFB vynikají jako vysoce kvalitní vysílače signálu, zatímco zařízení FP+FBG jsou vhodnější pro aplikace čerpadel vyžadující vysoký výkon a stabilní provoz na vlnové délce.

Lasery s vnější dutinou na bázi DFB a FBG nejsou konkurenční technologie, ale dvě vyspělé technické cesty optimalizované pro samostatné případy použití.

Pro vysokorychlostní optické komunikační systémy zůstávají lasery DFB optimálním řešením vysílače, využívající svou úzkou šířku čáry, vysokou SMSR a výjimečnou stabilitu vlnové délky.

U vysoce výkonného 980 nm čerpacího laseru dosahuje schéma FP+FBG vysokého výstupního výkonu, vynikajícího tepelného rozptylu a nákladové konkurenceschopnosti při zachování dostatečné přesnosti zamykání vlnové délky, což odpovídá jeho dnešní dominantní pozici na trhu.

Neexistuje žádná univerzálně špičková laserová technologie pro všechny scénáře – pouze optimální řešení přizpůsobené konkrétním požadavkům systému. Zvládnutí logiky návrhu za různými technickými architekturami umožňuje přesný výběr laserového zdroje v souladu se specifikacemi vašeho systému.