Професионално знаење

Полупроводнички ласер поврзан со влакна

2023-09-09

Дефиниција: диоден ласер во кој генерираната светлина се спојува во оптичко влакно.

Во многу случаи, неопходно е да се спои излезната светлина од диодниот ласер во оптичко влакно за да може светлината да се пренесе до местото каде што е потребно. Полупроводнички ласери поврзани со влакна ги имаат следните предности:

1. Кривата на интензитет на светлината емитирана од оптичкото влакно е генерално мазна и кружна, а квалитетот на зракот е симетричен, што е многу погодно при примена. На пример, помалку сложената оптика се користи за генерирање на кружни пумпи за ласери со цврста состојба со крајна пумпа.

2. Ако ласерската диода и нејзиниот уред за ладење се отстранат од цврстата ласерска глава, ласерот станува многу мал и има доволно простор за поставување на други оптички делови.

3. Заменувањето на неквалификуваните оптички споени полупроводнички ласери не бара промена на распоредот на уредот.

4. Уредот за оптичка спојка е лесен за употреба во комбинација со други уреди со оптички влакна.

Видови ласерски полупроводнички споени влакна

Многу готови диодни ласери се споени со влакна, кои содржат многу робусна оптика поврзана со влакна во ласерскиот пакет. Различни диодни ласери користат различни влакна и технологии.

Наједноставниот случај е дека VCSEL (Вертикална шуплина површинско зрачење ласер) обично зрачи зрак со многу висок квалитет на зракот, средно дивергенција на зракот, без астигматизам и кружна дистрибуција на интензитет. Снимањето на местото на зрачење во јадрото на едномодни влакно бара едноставна сферична леќа. Ефикасноста на спојката може да достигне 70-80%. Оптичките влакна исто така може да се спојат директно во зрачната површина на VCSEL.

Малите ласерски диоди што емитуваат раб, исто така, зрачат со еден просторен режим и на тој начин, во принцип, можат ефикасно да се спојат во влакна со еден режим. Меѓутоа, ако се користи само едноставна сферична леќа, елиптичноста на зракот значително ќе ја намали ефикасноста на спојувањето. А аголот на дивергенција на зракот е релативно голем во барем една насока, така што леќата треба да има релативно голема нумеричка бленда. Друг проблем е астигматизмот присутен во излезната светлина на диодата, особено на диодата со водена добивка, која може да се компензира со користење на дополнителна цилиндрична леќа. Ако излезната моќност достигне неколку стотици миливати, може да се користат ласерски диоди споени со засилување со водени влакна за да пумпаат засилувачи со влакна допирани со ербиум.


Слика 2: Шема на едноставна ласерска диода со ниско-енергетски влакна споени со раб што емитуваат рабови. Сферичната леќа се користи за сликање на светлината емитирана од површината на ласерската диода на јадрото на влакната. Елиптичноста на зракот и астигматизмот ја намалуваат ефикасноста на спојувањето.


Ласерските диоди со голема површина се просторно мулти-режим во насока на зрачење. Ако само го обликувате кружниот зрак преку цилиндрична леќа (на пример, леќа со влакна, како што е прикажано на Слика 3) и потоа го внесете мултимодното влакно, поголемиот дел од осветленоста ќе се изгуби бидејќи висококвалитетниот зрак во брза насока на оската Квалитетот не може да се користи. На пример, светлината со моќност од 1W може да влезе во мултимодно влакно со дијаметар на јадрото од 50 микрони и нумеричка бленда од 0,12. Оваа светлина е доволна за пумпање на масовен ласер со мала моќност, како што е ласер со микрочип. Можно е дури и емитување на светлина од 10 W.

Слика 3: Шема на едноставна оптички споена ласерска диода со голема површина. Леќите со оптички влакна се користат за усогласување на светлината во насока на брза оска.


Подобрена широкопојасна ласерска технологија би била да се обликува зракот да има симетричен квалитет на зракот (не само радиусот на зракот) пред да се пука. Ова, исто така, резултира со поголема осветленост.

Кај диодните низи, проблемот со квалитетот на асиметричниот зрак е уште посериозен. Излезот на секој предавател може да се спои во различно влакно во пакетот со влакна. Оптичките влакна се распоредени линеарно на едната страна од диодната низа, но излезните краеви се распоредени во кружна низа. Може да се користи обликувач на зраци за да се постигне симетричен квалитет на снопот пред да се лансира зракот во мултимодни влакно. Ова овозможува 30W светлина да се спои во влакно со дијаметар од 200 микрони со нумеричка бленда од 0,22. Овој уред може да се користи за пумпање Nd:YAG или Nd:YVO4 ласери за да се добие излезна моќност од приближно 15W.

Во диодните оџаци, најчесто се користат и влакна со поголеми дијаметри на јадрото. Неколку стотици вати (или дури и неколку киловати) светлина може да се спојат во оптичко влакно со дијаметар на јадрото од 600 микрони и нумеричка бленда од 0,22.

Недостатоци на спојката со влакна.

Некои недостатоци на полупроводничките ласери поврзани со влакна во споредба со ласерите со зрачење со слободен простор вклучуваат:

повисока цена. Трошоците може да се намалат ако се поедностават процесите на ракување со зраците и преносот.

Излезната моќност е малку помала и уште поважно е осветленоста. Загубата на осветленоста понекогаш е многу голема (поголема од редот на големина), а понекогаш мала, во зависност од користената технологија за спојување на влакна. Во некои случаи тоа не е важно, но во други случаи станува проблем, како на пример во дизајнот на ласери со диоди или ласери со влакна со голема моќност.

Во повеќето случаи (особено мултимодни влакна), влакното ја одржува поларизацијата. Тогаш излезната светлина на влакното е делумно поларизирана, а ако влакното се помести или се промени температурата, ќе се промени и состојбата на поларизација. Ако апсорпцијата на пумпата зависи од поларизацијата, ова може да создаде значителни проблеми со стабилноста кај ласерите со цврста состојба со диоди.





X
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies. Privacy Policy
Reject Accept