戀夜直播app官方正版下载_戀夜直播高品质美女在线视频互动社区_戀夜直播官方版

閱讀 | 訂閱
閱讀 | 訂閱
深度解讀

光纖耦合半導(dǎo)體激光器基礎(chǔ)

來源:硬件學(xué)習(xí)筆記2023-12-18 我要評論(0 )   

激光二極管在今天隨處可見。它們是將電能轉(zhuǎn)換為激光功率的最簡單的元素。激光二極管是基于幾種半導(dǎo)體組裝材料(砷化鎵、InP或其他更復(fù)雜的結(jié)構(gòu),如氮化鎵)。單模激光二...

激光二極管在今天隨處可見。它們是將電能轉(zhuǎn)換為激光功率的最簡單的元素。激光二極管是基于幾種半導(dǎo)體組裝材料(砷化鎵、InP或其他更復(fù)雜的結(jié)構(gòu),如氮化鎵)。

單模激光二極管是低功率激光二極管(通常為<1W);

多模激光二極管是功率高得多的器件(通常為>10 W至幾千瓦)。

光纖類型:重要的是要知道兩種類型的有源光纖,它們通常用于耦合從半導(dǎo)體激光管進(jìn)來的光

a.單模光纖的纖芯通常為幾μm(例如,波長為1μm的纖芯約為6μm,而波長為1.5μm米的約為9μm,約6倍)。

b.多模光纖是直徑較大的光纖,可以處理更高水平的光功率。標(biāo)準(zhǔn)版本纖芯直徑通常為62、100、200、400、800,甚至到>1000μm。直徑越小,就越容易用透鏡或顯微鏡物鏡將來自光纖的光線聚焦到一個(gè)小點(diǎn)上。

圖片
圖 1:單?;蚨嗄9饫w的原理。多模光纖的版本纖芯更大。
保偏光纖:單模半導(dǎo)體激光管可以是標(biāo)準(zhǔn) (SMF) 的或保偏 (PM)版本。在保偏版本中,光纖具有特殊的包層結(jié)構(gòu),可以在整個(gè)光纖長度上保持光的偏振。所以保偏光纖一般是應(yīng)用在對偏振態(tài)比較敏感的應(yīng)用中,如干涉儀,或是激光器,或是用在光源與外調(diào)制器之間的連接中等等。

隨著波長的減小,纖芯直徑變得非常小。當(dāng)考慮到其截止波長和該截止波長1.5倍之間的波長時(shí),單模光纖運(yùn)行良好。低于此范圍,光纖會(huì)變成多模光纖,高于此范圍,在彎曲光纖時(shí),光很容易離開光纖。

1.  單模光纖耦合激光二極管

1.1 封裝類型:該類型的半導(dǎo)體激光管常用的有兩種封裝,一種“蝶形”封裝,封裝中集成了一個(gè) TEC溫控冷卻器和一個(gè)熱敏電阻。單模光纖耦合半導(dǎo)體激光管通常能夠達(dá)到幾百mW到 1.5 W的輸出功率。

圖片

圖 2:發(fā)射波長為 976nm 的單模光纖耦合蝶形封裝半導(dǎo)體激光管示例(10引腳迷你蝶形(左)和 14引腳標(biāo)準(zhǔn)蝶形(右))。這些半導(dǎo)體激光管模塊包括一個(gè)TEC溫控冷卻器、一個(gè)熱敏電阻和一個(gè)用于測量光功率水平的背面監(jiān)視器 (BFM)。
一種為“同軸”封裝,常用在不需要TEC控溫的激光管,同軸封裝也有帶TEC的。

圖片

圖3:同軸激光管封裝
1.2 激光管類型:市場上常見的 3 類半導(dǎo)體激光管。VCSEL半導(dǎo)體激光管一般不進(jìn)行光纖耦合。 它們是大型擴(kuò)散傳感應(yīng)用中常見的半導(dǎo)體激光管類型,例如計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)設(shè)備或智能手機(jī) 3D 傳感面部識別。DFB 和 FP是邊緣發(fā)射器,通常是光纖耦合的。
圖片

圖4:業(yè)界常見的3類半導(dǎo)體激光管發(fā)射器。

a. FP(Fabry-Perot)法布里珀羅半導(dǎo)體激光管

FP激光器最常見、最普通的半導(dǎo)體激光器,是以FP腔為諧振腔,發(fā)出多縱模相干光的半導(dǎo)體發(fā)光器件。工藝非常成熟,應(yīng)用廣泛。但FP的光譜特性不好,存在多個(gè)邊模和色散的問題。所以,只能用于中低速率(1-2G以下速率),短距離的應(yīng)用(小于20公里)。

為了降低發(fā)射帶寬并提高半導(dǎo)體激光管的整體穩(wěn)定性,半導(dǎo)體激光管制造商通常在輸出光纖內(nèi)添加光纖布拉格光柵。布拉格光柵在一個(gè)非常精確的波長上為半導(dǎo)體激光管增加了百分之幾的反射率。這會(huì)讓半導(dǎo)體激光管的發(fā)射帶寬整體減小。在沒有布拉格光柵的情況下發(fā)射帶寬通常為3-5nm,而在有布拉格光柵的情況下要窄得多(<0.1nm)。在沒有布拉格光柵的情況下波長光譜溫度調(diào)諧系數(shù)通常為 0.35 nm/°C,而在有布拉格光柵的情況下該值要小得多。

圖片
圖5:在光纖內(nèi)添加布拉格光柵原理

b. DFB(Distributed Feedback分布式反饋激光器激光管

    DBR(Distributed Bragg Reflector)分布式布拉格反射激光器

DFB/DBR半導(dǎo)體激光管器件將布拉格光柵波長穩(wěn)定部分直接集成到半導(dǎo)體激光管內(nèi)部的增益介質(zhì)中,在諧振腔內(nèi)即形成選模結(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)完全單模工作。這為DFB提供了一個(gè)更窄的發(fā)射波長,通常為1MHz(即~10-5nm),而不是帶有布拉格光柵的法布里-佩羅特的約0.1nm。所以光譜特性非常好,可以避免長度傳輸中色散的影響,廣泛用于長距離、高速率的應(yīng)用場合。波長光譜溫度調(diào)諧系數(shù)通常為 0.06 nm/°C。

圖片

圖 6:DFB 和 DBR 半導(dǎo)體激光管原理

優(yōu)缺點(diǎn)比較
FP激光管DFB激光管
線寬
>1nm<0.04nm
溫漂系數(shù)
0.35 nm/°C0.06 nm/°C

FP激光管與DFB激光管性能比較

2.  多模光纖耦合激光二極管

圖片
2.1 4個(gè)多模光纖耦合半導(dǎo)體激光管系列,多模光纖耦合半導(dǎo)體激光管基于廣域的一側(cè),它發(fā)射的半導(dǎo)體激光管芯片最初是由半導(dǎo)體晶圓設(shè)計(jì)和制造的。多模光纖耦合半導(dǎo)體激光管有 4 種類型:
單發(fā)射器:當(dāng)半導(dǎo)體激光管芯片被隔離時(shí),組裝在子底座上,并單獨(dú)封裝在半導(dǎo)體激光管模塊中。我們在這里討論的是 15W 的功率耦合到一個(gè) 105(纖芯)/125μm(包層)半導(dǎo)體激光管中。
圖片

圖 7:單元件半導(dǎo)體激光管

多發(fā)射器:當(dāng)多個(gè)發(fā)射器分離并與多模光纖中的其他隔離發(fā)射器光耦合在一起時(shí)。因此,輸出功率水平可擴(kuò)展到數(shù)百瓦,并且光纖的尺寸可以保持較小,如 100 或 200 μm 纖芯。

圖片
圖 8:多 (3) 元件半導(dǎo)體激光管
單巴條:當(dāng)多個(gè)發(fā)射器作為一個(gè)單巴條并組裝在一個(gè)半導(dǎo)體激光管模塊中。我們在這里討論的是約 50 W 的功率耦合到 200 μm(纖芯)/240 μm(包層)半導(dǎo)體激光管中。

圖片

圖 9:單個(gè)元件組裝在底座(左)或由 19 個(gè)發(fā)射器制成的單巴條上。

多巴條:當(dāng)多個(gè)巴條組裝在一個(gè)大型水冷封裝中并耦合在大直徑多模光纖中時(shí)。我們在這里討論的是耦合到例如 600 或 800 μm 纖芯多模光纖中的 100 W甚至 KW。

2.2 值得注意的是,當(dāng)考慮到各種系列時(shí),典型的電壓和電流水平如何變化:

  • 典型的單一發(fā)射器的電壓電平為1.5V,電流為15A。
  • 對于多發(fā)射器半導(dǎo)體激光管,發(fā)射器是串聯(lián)組裝的。這意味著電流水平不會(huì)改變(通常最大 15 A),但是電壓會(huì)隨著發(fā)射器數(shù)量增加而增加。(例如, 4.5V/15A的60 W半導(dǎo)體激光管)
  • 一個(gè)半導(dǎo)體激光管巴條將所有發(fā)射器并聯(lián)組裝在一起。因此,電壓水平不變,但電流水平可以輕松達(dá)到 45 或 50 A。
  • 同樣,當(dāng)將多個(gè)巴條組裝在一起時(shí),它們是串聯(lián)組裝的,因此電流水平(例如 45 A)不會(huì)改變,但電壓會(huì)隨著巴條數(shù)的增加而有規(guī)律地增加。


轉(zhuǎn)載請注明出處。

光纖耦合半導(dǎo)體激光器基礎(chǔ)
免責(zé)聲明

① 凡本網(wǎng)未注明其他出處的作品,版權(quán)均屬于激光制造網(wǎng),未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用。獲本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使 用,并注明"來源:激光制造網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)責(zé)任。
② 凡本網(wǎng)注明其他來源的作品及圖片,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本媒贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé),版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán)請聯(lián)系我們刪除。
③ 任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)內(nèi)容可能涉嫌侵犯其合法權(quán)益,請及時(shí)向本網(wǎng)提出書面權(quán)利通知,并提供身份證明、權(quán)屬證明、具體鏈接(URL)及詳細(xì)侵權(quán)情況證明。本網(wǎng)在收到上述法律文件后,將會(huì)依法盡快移除相關(guān)涉嫌侵權(quán)的內(nèi)容。

網(wǎng)友點(diǎn)評
0相關(guān)評論
精彩導(dǎo)讀