Jak przekształcić diodę laserową w przestrajalny laser półprzewodnikowy

Przekształcenie diod laserowych w przestrajalne lasery półprzewodnikowe znacząco poprawia dokładność i stabilność systemów pomiarowych poprzez precyzyjny dobór i kontrolę długości fali. Jest to szczególnie ważne w zastosowaniach wymagających dużej precyzji, takich jak analiza spektroskopowa, precyzyjne pomiary i badania naukowe.

Diody laserowe
Diody laserowe to dobrze znane podzespoły różnych produktów konsumenckich, takich jak wskaźniki laserowe, skanery kodów kreskowych czy napędy CD/DVD/Blu-ray. Ich sukces wynika z ich zwartości, łatwości obsługi, wysokiej wydajności konwersji i wysokiej wydajności kosztowej. Jednakże widmo emisji gołych diod laserowych jest szerokie, a długość fali lasera nie jest dobrze określona.

Zazwyczaj dwie powierzchnie czołowe półprzewodnikowej lampy laserowej tworzą wnękę rezonansową i określają (podłużny) tryb lasera. Szeroka krzywa wzmocnienia półprzewodnika obsługuje wiele trybów jednocześnie, każdy z inną częstotliwością. Nawet diody z pojedynczym trybem podłużnym mogą wykazywać przeskakiwanie trybów i niestabilność widmową wiązek wyjściowych przy niewielkich zmianach temperatury chipa lub prądu sterownika.

Przestrajalne lasery półprzewodnikowe

Przestrajalne lasery półprzewodnikowe o pojedynczej częstotliwości składają się z diody laserowej i modułu selektywnego częstotliwościowo, takiego jak siatka, służącego do wyboru i strojenia częstotliwości lasera. Możemy zapewnić długości fal od 190 nm do 4000 nm, z wąską szerokością linii i możliwością przestrajania - w niektórych systemach do 120 nm z możliwością przestrajania bez przeskoków modowych. Lasery te można wzmacniać za pomocą samodzielnych wzmacniaczy lub zintegrować z kompletnymi wzmacniaczami mocy oscylatora głównego (MOPA) do 4 W. Większość systemów wzmacniaczy laserowych wykorzystuje wzmacniacze stożkowe. Szersze pokrycie widmowe można uzyskać laserami o podwojonej częstotliwości - od 190 nm do 680 nm, o mocy do 1 W. Najważniejszymi cechami wszystkich tych systemów laserowych są niski poziom szumów (niski szum RIN i wąska szerokość linii) oraz niski dryft. Te doskonałe właściwości zależą od wyjątkowo dobrych obwodów sterownika lasera. Aby osiągnąć wyższą stabilność lasera, szerokość linii można zawęzić do 1 Hz, stosując różne typy modułów blokujących częstotliwość lasera, którymi można sterować za pomocą wygodnych obwodów cyfrowych.

Wybór trybu
Wprowadzając selektywne częstotliwościowo sprzężenie zwrotne do wnęki lasera, można uzyskać doskonałe właściwości lasera półprzewodnikowego, takie jak wąska szerokość linii emisyjnej, duża długość koherencji, precyzyjny dobór długości fali oraz dostrojenie lub stabilizacja częstotliwości emisji. JTBYShield oferuje dwa przestrajalne lasery półprzewodnikowe o pojedynczej częstotliwości. Obydwa wykorzystują struktury siatkowe do wybierania i kontrolowania częstotliwości emisji. Jednym z nich jest stabilizowany siatką laser półprzewodnikowy z zewnętrzną wnęką (ECDL).

Zawiera siatkę optyczną zamontowaną przed diodą laserową jako pierwszą powierzchnię wnęki rezonansowej, natomiast druga powierzchnia wnęki rezonansowej znajduje się z tyłu diody, a rura laserowa i element sprzężenia zwrotnego tworzą „zewnętrzną wnękę rezonansową”.

Schemat ideowy lasera półprzewodnikowego z zewnętrzną wnęką

Innym podejściem są diody laserowe z siatkami wbudowanymi w sam półprzewodnik: półprzewodnikowe lampy laserowe z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym (DFB) i rozproszonym reflektorem Bragga (DBR).

Filtr siatkowy, krzywa wzmocnienia półprzewodnika, tryb wewnętrznej lampy lasera półprzewodnikowego i (jeśli ma to zastosowanie) tryb wnęki zewnętrznej określają tryb lasera. Do stabilnej pracy jednomodowej niezbędna jest precyzyjna kontrola temperatury i prądu oraz odpowiednie dopasowanie podzespołów.

Wybór trybu w laserach diodowych z wnęką zewnętrzną

Schemat ideowy lasera półprzewodnikowego z zewnętrzną wnęką

Schemat diody laserowej DBR

Strojenie długości fali

Długość fali diod DFB i DBR można dostrajać poprzez regulację prądu i/lub temperatury lampy lasera półprzewodnikowego. Można je dostrajać o około 1-2 nm bez przeskakiwania trybów.

Aby zmienić długość fali ECDL, należy zmienić odpowiedź widmową urządzenia selektywnego modowo, na przykład zmieniając kąt padania na siatkę. Działając w trybie, w którym całkowite wzmocnienie jest maksymalne, laser przechodzi do innego trybu podłużnego i emituje nową długość fali.

Dokładne dostrojenie długości fali lasera uzyskuje się poprzez zmianę długości wnęki zewnętrznej, co powoduje zmianę aktualnego modu podłużnego wspomaganego jednomodową pracą lasera.

Strojenie bez przeskakiwania trybów

Laser DL Pro

Duży zakres strojenia pozbawiony przeskoków jest określony przez skoordynowane strojenie wielu czynników. Nasze lasery DL pro umożliwiają swobodne strojenie z szerokim przeskokiem częstotliwości, jednocześnie zmieniając kąt siatki, długość zewnętrznej wnęki i prąd lampy lasera półprzewodnikowego, aby osiągnąć optymalną synchronizację. Strojenie DL pro bez przeskoków między trybami to zazwyczaj 20-50 GHz, a wytrzymała i quasi-monomeryczna struktura zapewnia stabilne warunki pracy.

Pola aplikacji
1. Zastosowanie w dziedzinie komunikacji
Przestrajalne lasery półprzewodnikowe odgrywają kluczową rolę w systemach komunikacji optycznej, zwłaszcza w systemach multipleksowania z podziałem długości fali (WDM) i systemów multipleksowania z gęstym podziałem długości fali (DWDM). Możliwość dostrajania długości fali pozwala mu elastycznie dostosowywać się do potrzeb różnych kanałów, poprawiając przepustowość i wydajność sieci.
2. Zastosowanie w medycynie
W medycynie przestrajalne lasery półprzewodnikowe są szeroko stosowane w chirurgii precyzyjnej, terapii laserowej i obrazowaniu biomedycznym. Precyzyjna kontrola długości fali i wysoka stabilność sprawiają, że jest to idealny wybór do zastosowań takich jak chirurgia okulistyczna, leczenie dermatologiczne i leczenie raka.
3. Zastosowanie w badaniach naukowych
Przestrajalne lasery półprzewodnikowe mają ważne zastosowania w badaniach naukowych, takich jak analiza widmowa, precyzyjne pomiary i badania optyki kwantowej. Wąska szerokość linii i wysoki współczynnik tłumienia trybu bocznego sprawiają, że doskonale radzi sobie z pomiarami widmowymi o wysokiej rozdzielczości i wymaganiami źródła laserowego o niskim poziomie szumów.
4. Pomiar o wysokiej precyzji
Zastosowanie przestrajalnych laserów półprzewodnikowych w pomiarach precyzyjnych obejmuje pomiar odległości, pomiar prędkości i pomiar odkształcenia. Wysoka spójność i wąska szerokość linii umożliwiają interferometrycznym systemom pomiarowym osiągnięcie niezwykle wysokiej dokładności i stabilności pomiaru.
5. Analiza widmowa
Gdy do analizy widmowej stosowane są przestrajalne lasery półprzewodnikowe, mogą one zapewniać dane spektralne o wysokiej rozdzielczości i dużej czułości. Ich zastosowania w monitorowaniu środowiska, analizie chemicznej i biosensorach pomagają wykrywać składniki śladowe i analizować złożone próbki.
6. Interferometria skanowania częstotliwości optycznych
Zastosowanie przestrajalnych laserów półprzewodnikowych w interferometrii skanowania częstotliwości optycznych pozwala na osiągnięcie bezwzględnego pomiaru odległości celu poprzez zmianę częstotliwości lasera. Wysoka precyzja i duża długość spójności sprawiają, że jest szeroko stosowany w mapowaniu terenu i eksploracji kosmosu.

Konwersja diod laserowych na przestrajalne lasery półprzewodnikowe wprowadza mechanizmy selektywnego sprzężenia zwrotnego częstotliwości w celu uzyskania wyboru trybu, wykorzystuje struktury siatek (takie jak zewnętrzne siatki wnękowe i wbudowana siatka DFB/DBR) do kontrolowania strojenia długości fali oraz optymalizuje stabilność mocy wyjściowej lasera i trybu -zakres strojenia bez przeskoków dzięki metodom strojenia synchronicznego. Innowacje te nie tylko poprawiają dokładność i stabilność systemów laserowych, ale także poszerzają ich potencjał aplikacyjny w zakresie precyzyjnych pomiarów, analizy widmowej i interferometrii skanowania częstotliwości optycznych.

JTBYShieldzapewnia wysokowydajne przestrajalne lasery półprzewodnikowe o pojedynczej częstotliwości, które można stosować w takich zastosowaniach, jak spektroskopia laserowa, biofotonika, podstawowa fizyka kwantowa oraz wykrywanie/metrologia półprzewodników.Jeśli jesteś zainteresowany, skontaktuj się z nami, aby uzyskać więcej szczegółów produktu.

Informacje kontaktowe:

Jeśli masz jakiś pomysł, nie wahaj się z nami porozmawiać. Bez względu na to, gdzie są nasi klienci i jakie są nasze wymagania, będziemy podążać za naszym celem, aby zapewnić naszym klientom wysoką jakość, niskie ceny i najlepszą obsługę.