چرا قفل طول موج FBG برای لیزر پمپ پرقدرت 980 نانومتری غالب است؟

چرا قفل طول موج FBG برای لیزرهای پرقدرت 980 نانومتری پمپ باقی می‌ماند، حتی اگر لیزرهای DFB تثبیت طول موج عالی را ارائه می‌دهند در ارتباطات نوری، لیزرهای بازخورد توزیع شده (DFB) به عنوان منابع نور اصلی برای سیستم‌های ارتباطی پرسرعت DWDM، انتقال با سرعت بالا و اندازه‌گیری هم‌رسانی آنها عمل می‌کنند. پهنای خط باریک، عملکرد تک حالت طولی، نسبت سرکوب حالت جانبی بالا (SMSR)، و پایداری طول موج فوق العاده.

با این حال، هنگامی که صحبت از لیزر پمپ پرقدرت در 980 نانومتر و 1480 نانومتر می شود، اکثریت قریب به اتفاق محصولات تجاری از لیزر Fabry-Pero (FP) به علاوه معماری قفل کننده طول موج فیبر Bragg (FBG) به جای لیزرهای DFB مستقل استفاده می کنند.

این مقاله تحلیل می‌کند که چرا لیزرهای DFB، علی‌رغم قابلیت قفل کردن طول موج برترشان، نتوانسته‌اند بر بازار لیزر پمپ‌های پرقدرت از سه بعد تسلط پیدا کنند: ساختار تراشه لیزر، عملکرد توان، و الزامات کاربردی. چگونه لیزرهای DFB به خروجی طول موج پایدار دست می‌یابندحفره تشدید یک لیزر FP معمولی با دو تراشه لیزری FP تشکیل شده است. در حالی که ساخت لیزرهای FP ساده و کم هزینه است، از رانش طول موج شدید ناشی از تغییرات دما، نوسانات جریان محرک و بازخورد نوری خارجی رنج می‌برند که اغلب در چندین حالت طولی به طور همزمان نوسان می‌کنند.

در مقابل، لیزرهای DFB یک توری دوره ای براگ را مستقیماً در تراشه نیمه هادی ادغام می کنند. گریتینگ بازخورد نوری انتخابی با طول موج را فراهم می کند که باعث محدود شدن تابش به یک حالت طولی می شود و همه حالت های تشدید رقیب را سرکوب می کند.

در مقایسه با لیزرهای استاندارد FP، لیزرهای DFB دارای مزایای کلیدی به شرح زیر هستند:

· انتشار تک حالته طولی

· پهنای خط طیفی نوری باریک

· SMSR بالا

· پایداری طول موج برتر

با توجه به این مزایا، لیزرهای DFB منابع سیگنال ترجیحی برای ارتباطات نوری پرسرعت، سیستم‌های DWDM و سنجش فیبر نوری و کاربردهای اندازه‌شناسی لیزری هستند.

چرا لیزر پمپ پرقدرت به ندرت از تراشه های مستقل DFB استفاده می کند بسیاری از متخصصان صنعت یک سوال طبیعی را مطرح می کنند:

اگر فناوری DFB تثبیت طول موج قابل اعتمادی را ارائه می دهد، چرا تقریباً تمام لیزرهای پمپ 980 نانومتری به راه حل FP+FBG متکی هستند؟

دلیل اصلی در اولویت‌های عملکرد اصلی در سناریوهای مختلف برنامه نهفته است.

فرستنده های ارتباطی با الزامات سختگیرانه در پهنای خط، SMSR، نویز فاز و دقت طول موج، انتقال داده را در اولویت قرار می دهند.

منابع پمپ برای تقویت کننده های فیبر دوپ شده با اربیوم (EDFA) برای ارائه خروجی توان نوری بالا مستمر و کارآمد طراحی شده اند. برای چنین پمپ هایی، توان خروجی، راندمان تبدیل توان، قابلیت اطمینان طولانی مدت و هزینه ساخت، وزن بیشتری نسبت به خلوص طیفی فوق العاده بالا دارند.

در حالی که تراشه‌های DFB با قدرت بالا از نظر فنی امکان‌پذیر هستند، افزایش قدرت خروجی پیچیدگی شدیدی را در طراحی اپیتاکسیال تراشه، مدیریت حرارتی و تولید انبوه ایجاد می‌کند و هزینه‌های تولید را افزایش می‌دهد و سازگاری دسته به دسته را به خطر می‌اندازد.

بنابراین برای کاربردهای پمپ 980 نانومتری پرقدرت، صنعت از تراشه‌های FP با ساختار ذاتاً ساده‌تر که به آسانی از عملکرد پرقدرت پشتیبانی می‌کنند، همراه با FBGهای خارجی برای قفل کردن طول موج عملیاتی، استفاده می‌کند.

مکانیسم قفل طول موج فیبر براگ گریتینگ FBGsA (FBG) بخشی از فیبر نوری با مدولاسیون ضریب شکست دوره ای است که در هسته آن حک شده است. مشخصه تعیین کننده آن بازتاب باند باریک بالا است که بر روی طول موج مشخص شده براگ متمرکز شده است، در حالی که نور خارج از این باند عبور بدون مانع از آن عبور می کند.

در پیکربندی FP+FBG، FBG روی فیبر پیگتیل لیزر ساخته می‌شود تا یک حفره تشدید خارجی همراه با تراشه FP تشکیل دهد.

تراشه FP ابتدا تابش خود به خود و تحریک شده پهنای باند ساطع می کند. همانطور که نور در FBG منتشر می شود، فقط فوتون های نزدیک به طول موج مرکزی هدف برای نوسان پایدار به داخل حفره FP منعکس می شوند. تمام طول موج های خارج از باند فیلتر می شوند.

بازخورد انتخابی مکرر، لیزر را مجبور می‌کند تا در طول موج براگ FBG به‌طور پایدار لیزر کند.

این طرح قفل حفره خارجی به طور قابل توجهی عملکرد طیفی لیزرهای FP خالی را بهینه می کند و پیشرفت های زیر را ارائه می دهد:

· طول موج لیزر مرکزی تثبیت شده

· عرض طیفی باریک

· کاهش رانش حرارتی طول موج

· بهبود ایمنی طول موج در برابر تغییرات جریان رانندگی

بنابراین، معماری FP+FBG دو هدف عملکردی حیاتی را متعادل می‌کند: توان خروجی بالا و طول موج لیزر پایدار. یون‌های اربیوم حداکثر راندمان جذب را در حدود 976 نانومتر نشان می‌دهند. رانش شدید طول موج منبع پمپ که توسط دما یا جریان محرک ایجاد می‌شود، منجر به آبشاری از کاهش عملکرد می‌شود:

· کاهش راندمان جذب یون اربیوم

بهره تقویت نوری کمتر

· رقم نویز بالا

· عملکرد کلی سیستم بدتر شده است

بنابراین لیزر پمپ باید پایداری دقیق و بلندمدت طول موج مرکزی را در کنار توان خروجی بالا حفظ کند. طراحی قفل شده با FBG طول موج لیزر را محکم در حدود 976 نانومتر نگه می‌دارد در حالی که قدرت نوری بالا و قابلیت اطمینان طولانی مدت قوی را حفظ می‌کند، و آن را به بالغ‌ترین و گسترده‌ترین مسیر فنی برای ماژول‌های پمپ 980 نانومتری پرقدرت تجاری تبدیل می‌کند. راهنمای انتخاب: لیزر DFB در مقابل معماری برتر Laser FPNe+FBG هر کدام برای نیازهای کاربردی متمایز بهینه شده اند.

همانطور که در بالا نشان داده شد، لیزرهای DFB به عنوان فرستنده سیگنال با کیفیت بالا برتری دارند، در حالی که دستگاه های FP+FBG برای کاربردهای پمپی که به قدرت بالا و عملکرد طول موج پایدار نیاز دارند، مناسب تر هستند.

لیزرهای حفره خارجی مبتنی بر DFB و FBG فن آوری های رقیب نیستند، بلکه دو مسیر فنی بالغ هستند که برای موارد استفاده جداگانه بهینه شده اند.

برای سیستم‌های ارتباطی نوری پرسرعت، لیزرهای DFB راه‌حل فرستنده بهینه باقی می‌مانند و از پهنای خط باریک، SMSR بالا و پایداری طول موج استثنایی خود استفاده می‌کنند.

برای لیزر پمپ 980 نانومتری پرقدرت، طرح FP+FBG به توان خروجی بالا، عملکرد اتلاف حرارتی برتر و رقابت در هزینه دست می یابد و در عین حال دقت قفل طول موج کافی را حفظ می کند، که موقعیت غالب آن در بازار امروز را به خود اختصاص می دهد.

هیچ فناوری لیزر برتر جهانی برای همه سناریوها وجود ندارد - تنها راه حل بهینه متناسب با نیازهای سیستم خاص است. تسلط بر منطق طراحی در ساختارهای فنی مختلف، انتخاب دقیق منبع لیزری را که با مشخصات سیستم شما هماهنگ است، امکان پذیر می کند.