Защо заключването на дължината на вълната на FBG остава доминиращо за лазер с помпа с висока мощност 980 nm

Защо FBG блокирането на дължината на вълната остава доминиращо за високомощния 980 nm помпен лазер, въпреки че DFB лазерите осигуряват отлична стабилизация на дължината на вълната В оптичните комуникации лазерите с разпределена обратна връзка (DFB) служат като основни източници на светлина за DWDM високоскоростно предаване, кохерентни комуникации и прецизни оптични измервателни системи, благодарение на тяхната тясна ширина на линията, работа в един надлъжен режим, високо съотношение на потискане на страничния режим (SMSR) и изключителна стабилност на дължината на вълната.

Въпреки това, когато става дума за лазер с помпа с висока мощност, работещ при 980 nm и 1480 nm, по-голямата част от търговските продукти приемат лазера на Фабри-Перо (FP) плюс архитектурата за фиксиране на дължината на вълната на Fiber Bragg Grating (FBG), вместо самостоятелни DFB лазери.

Тази статия анализира защо DFB лазерите, въпреки тяхната превъзходна способност за фиксиране на дължината на вълната, не са успели да доминират на пазара на високомощни лазерни помпи от три измерения: структура на лазерен чип, производителност на мощността и изисквания за приложение. Как DFB лазерите постигат стабилна изходна дължина на вълната Резонансната кухина на конвенционален FP лазер се формира от двете разцепени фасети на чипа. Въпреки че са лесни и евтини за производство, FP лазерите страдат от сериозно отклонение на дължината на вълната, предизвикано от температурни вариации, движещи флуктуации на тока и външна оптична обратна връзка, често осцилиращи в множество надлъжни режими едновременно.

Обратно, DFB лазерите интегрират периодична Bragg решетка директно в полупроводниковия чип. Решетката осигурява селективна по дължината на вълната оптична обратна връзка, която ограничава генерацията до единичен надлъжен режим и потиска всички конкуриращи се резонансни режими.

В сравнение със стандартните FP лазери, DFB лазерите имат ключови предимства, както следва:

· Едномодово излъчване

· Тясна оптична спектрална широчина на линията

· Висок SMSR

· Превъзходна стабилност на дължината на вълната

Благодарение на тези предимства, DFB лазерите са предпочитаните източници на сигнал за високоскоростни оптични комуникации, DWDM системи и приложения за оптично наблюдение и лазерна метрология.

Защо високомощният лазер с помпа рядко приема самостоятелни DFB чипове Много практикуващи в индустрията повдигат естествен въпрос:

Ако технологията DFB осигурява надеждна стабилизация на дължината на вълната, защо почти всички лазери с помпа от 980 nm разчитат на решението FP+FBG?

Основната причина се крие в различни приоритети на основната производителност в различни сценарии на приложение.

Комуникационните предаватели дават приоритет на предаването на данни със строги изисквания за ширина на линията, SMSR, фазов шум и точност на дължината на вълната.

Източниците на помпа за усилватели с ербиеви влакна (EDFA) са проектирани да доставят непрекъсната, ефективна висока оптична мощност. За такива помпи изходната мощност, ефективността на преобразуване на мощността, дългосрочната надеждност и производствените разходи имат по-голяма тежест от свръхвисоката спектрална чистота.

Въпреки че високомощните DFB чипове са технически осъществими, увеличаването на изходната мощност въвежда драстична сложност в епитаксиалния дизайн на чипа, термичното управление и масовото производство, повишавайки производствените разходи и компрометирайки последователността от партида към партида.

За високомощни 980 nm помпени приложения индустрията предпочита FP чипове с присъщо по-опростени структури, които лесно поддържат работа с висока мощност, съчетани с външни FBG за заключване на работната дължина на вълната.

Механизъм за фиксиране на дължината на вълната на FBGsA Fiber Bragg Grating (FBG) е секция от оптично влакно с периодична модулация на индекса на пречупване, вписана в сърцевината му. Неговата определяща характеристика е теснолентова висока отражателна способност, центрирана върху определена дължина на вълната на Брег, докато светлината извън тази лента на пропускане преминава безпрепятствено.

В конфигурацията FP+FBG, FBG е произведен върху влакното на косичката на лазера, за да образува външна резонансна кухина заедно с FP чипа.

FP чипът първо излъчва широколентова спонтанна и стимулирана радиация. Докато светлината се разпространява във FBG, само фотони близо до целевата централна дължина на вълната се отразяват обратно в FP кухината за продължително трептене; всички дължини на вълните извън обхвата се филтрират.

Повтарящата се селективна обратна връзка принуждава лазера да излъчва стабилно при дължината на вълната на Брег на FBG.

Тази схема за заключване на външната кухина значително оптимизира спектралната производителност на голите FP лазери, осигурявайки следните подобрения:

· Стабилизирана централна лазерна дължина на вълната

· Стеснена спектрална ширина

· Намален термичен дрейф на дължината на вълната

· Подобрен имунитет на дължината на вълната срещу задвижващи вариации на тока

Архитектурата FP+FBG следователно балансира две критични цели за производителност: висока изходна мощност и стабилна дължина на вълната на генериране. Защо заключването на FBG е универсално за 980 nm лазер с помпа Основното внедряване на 980 nm лазер с помпа е EDFA системите. Ербиевите йони показват максимална ефективност на абсорбция около 976 nm. Силният дрейф на дължината на вълната на източника на помпата, предизвикан от температура или задвижващ ток, ще доведе до каскада от влошаване на производителността:

· Намалена ефективност на абсорбция на ербиеви йони

· По-ниско усилване на оптичното усилване

· Повишена шумова стойност

· Влошена цялостна производителност на системата

следователно лазерът с помпа трябва да поддържа прецизна, дългосрочна централна стабилност на дължината на вълната заедно с висока мощност. FBG-заключеният дизайн поддържа дължината на вълната на генерация плътно около 976 nm, като същевременно поддържа висока оптична мощност и стабилна дългосрочна надеждност, което го прави най-зрелият и широко възприет технически път за търговски високомощни 980 nm помпени модули. Ръководство за избор: DFB лазер срещу FP+FBG лазер. всеки е оптимизиран за различни изисквания на приложението.

Както е показано по-горе, DFB лазерите се отличават като висококачествени предаватели на сигнали, докато устройствата FP+FBG са по-подходящи за помпени приложения, изискващи висока мощност и работа със стабилна дължина на вълната.

Базираните на DFB и FBG лазери с външна кухина не са конкурентни технологии, а две зрели технически пътища, оптимизирани за отделни случаи на употреба.

За високоскоростни оптични комуникационни системи DFB лазерите остават оптималното решение за предавател, като се възползват от тяхната тясна ширина на линията, висок SMSR и изключителна стабилност на дължината на вълната.

За високомощен 980 nm изпомпващ лазер схемата FP+FBG постига висока изходна мощност, превъзходна производителност на топлинно разсейване и конкурентоспособност на разходите, като същевременно запазва достатъчна прецизност на заключване на дължината на вълната, което обяснява доминиращата му пазарна позиция днес.

Няма универсално превъзходна лазерна технология за всички сценарии - само оптималното решение, съобразено със специфичните системни изисквания. Овладяването на логиката на дизайна зад различни технически архитектури позволява точен избор на лазерен източник, съобразен със спецификациите на вашата система.