Полупроводнички ласер са спрегнутим влакнима

Дефиниција: диодни ласер у коме се генерисана светлост спаја у оптичко влакно.

У многим случајевима, потребно је спојити излазно светло из диодног ласера ​​у оптичко влакно тако да се светлост може пренети тамо где је потребна. Полупроводнички ласери спојени са влакнима имају следеће предности:

1. Крива интензитета светлости која се емитује из оптичког влакна је генерално глатка и кружна, а квалитет зрака је симетричан, што је веома згодно у примени. На пример, мање сложена оптика се користи за генерисање кружних тачака пумпе за ласере чврстог стања са крајњом пумпом.

2. Ако се ласерска диода и њен расхладни уређај уклоне из полупроводничке ласерске главе, ласер постаје веома мали и има довољно простора за постављање других оптичких делова.

3. Замена неквалификованих оптички спрегнутих полупроводничких ласера ​​не захтева промену распореда уређаја.

4. Уређај за оптичко спајање је једноставан за употребу у комбинацији са другим уређајима са оптичким влакнима.

Типови полупроводничких ласера ​​са спојеним влакнима

Многи готови диодни ласери су спојени са влакнима и садрже веома робусну оптичку спрегу у ласерском пакету. Различити диодни ласери користе различита влакна и технологије.

Најједноставнији случај је да ВЦСЕЛ (вертицал Цавити Сурфаце Радиатион Ласер) типично зрачи сноп са веома високим квалитетом снопа, средњом дивергенцијом снопа, без астигматизма и кружном дистрибуцијом интензитета. За снимање тачке зрачења у језгру једномодног влакна потребно је једноставно сферно сочиво. Ефикасност спајања може да достигне 70-80%. Оптичка влакна се такође могу спојити директно на зрачећу површину ВЦСЕЛ-а.

Мале ласерске диоде које емитују ивице такође зраче једним просторним модом и на тај начин могу, у принципу, ефикасно да се упаре у једномодна влакна. Међутим, ако се користи само једноставно сферно сочиво, елиптичност зрака ће у великој мери смањити ефикасност спајања. А угао дивергенције снопа је релативно велики у најмање једном правцу, тако да сочиво треба да има релативно велики нумерички отвор. Други проблем је астигматизам присутан у излазном светлу диоде, посебно диоде вођене појачањем, која се може компензовати коришћењем додатног цилиндричног сочива. Ако излазна снага достигне неколико стотина миливата, ласерске диоде повезане са појачањем могу се користити за пумпање влакнастих појачивача допираних ербијумом.

Слика 2: Шема једноставне ласерске диоде мале снаге спојене са ивицама која емитује ивице. Сферно сочиво се користи за снимање светлости која се емитује са површине ласерске диоде на језгро влакна. Елиптичност зрака и астигматизам смањују ефикасност спајања.

Ласерске диоде велике површине су просторно вишемодне у правцу зрачења. Ако само обликујете кружни сноп кроз цилиндрично сочиво (на пример, сочиво од влакана, као што је приказано на слици 3), а затим уђете у мултимодно влакно, већина светлине ће бити изгубљена јер висококвалитетни сноп у правцу брзе осе Квалитет се не може користити. На пример, светлост снаге 1В може да уђе у вишемодно влакно са пречником језгра од 50 микрона и нумеричким отвором од 0,12. Ово светло је довољно за пумпање ласера ​​мале снаге, као што је ласер са микрочипом. Могуће је чак и емитовање светлости од 10 В.

Слика 3: Шема једноставне оптички спрегнуте ласерске диоде велике површине. Оптичка сочива се користе за колимацију светлости у правцу брзе осе.

Побољшана широкопојасна ласерска технологија би била да се сноп обликује тако да има симетричан квалитет зрака (не само радијус снопа) пре него што га испали. Ово такође резултира већом осветљеношћу.

У диодним низовима, проблем асиметричног квалитета зрака је још озбиљнији. Излаз сваког предајника може бити спојен у различито влакно у снопу влакана. Оптичка влакна су распоређена линеарно на једној страни низа диода, али су излазни крајеви распоређени у кружни низ. Обликивач зрака се може користити за постизање симетричног квалитета снопа пре лансирања зрака у вишемодно влакно. Ово омогућава да се 30В светлости повеже у влакно пречника 200 микрона са нумеричким отвором од 0,22. Овај уређај се може користити за пумпање Нд:ИАГ или Нд:ИВО4 ласера ​​да би се добила излазна снага од приближно 15В.

У сноповима диода, влакна са већим пречником језгра се такође често користе. Неколико стотина вати (или чак неколико киловата) светлости може се спојити у оптичко влакно са пречником језгра од 600 микрона и нумеричким отвором од 0,22.

Недостаци спајања влакана.

Неки недостаци полупроводничких ласера ​​са спрегнутим влакнима у поређењу са ласерима за зрачење слободног простора укључују:

већи трошак. Трошкови се могу смањити ако се процеси руковања снопом и преноса поједноставе.

Излазна снага је нешто мања и што је још важније осветљеност. Губитак осветљености је понекад веома велики (већи од реда величине), а понекад мали, у зависности од технологије спајања влакана која се користи. У неким случајевима то није важно, али у другим случајевима постаје проблем, као што је дизајн ласера ​​са диодном пумпом или ласера ​​са влакнима велике снаге.

У већини случајева (нарочито мултимодно влакно), влакно одржава поларизацију. Тада је излазна светлост влакна делимично поларизована, а ако се влакно помери или промени температура, промениће се и стање поларизације. Ако је апсорпција пумпе зависна од поларизације, то може створити значајне проблеме стабилности код полупроводничких ласера ​​са диодном пумпом.