Hoe u een laserdiode omzet in een afstembare halfgeleiderlaser

Het omzetten van laserdiodes in afstembare halfgeleiderlasers verbetert de nauwkeurigheid en stabiliteit van meetsystemen aanzienlijk door nauwkeurige golflengteselectie en -controle. Dit is vooral belangrijk voor toepassingen met hoge precisie, zoals spectroscopische analyses, precisiemetingen en wetenschappelijk onderzoek.

Laserdiodes
Laserdiodes zijn gevestigde subcomponenten in diverse consumentenproducten, zoals laserpointers, barcodescanners of cd-/dvd-/Blu-ray-drives. Hun succes komt voort uit hun compactheid, bedieningsgemak, hoge conversie-efficiëntie en hoge kosten-prestaties. Het emissiespectrum van kale laserdiodes is echter breed en de lasergolflengte is niet goed gedefinieerd.

Typisch vormen de twee eindvlakken van een halfgeleiderlaserbuis een resonantieholte en bepalen ze de (longitudinale) lasermodus. De brede versterkingscurve van de halfgeleider ondersteunt meerdere modi tegelijkertijd, elk met een andere frequentie. Zelfs diodes met een enkele longitudinale modus kunnen mode-hopping en spectraal onstabiele uitgangsbundels vertonen bij kleine veranderingen in de chiptemperatuur of de driverstroom.

Afstembare halfgeleiderlasers

Afstembare halfgeleiderlasers met één frequentie bestaan ​​uit een laserdiode en een frequentieselectieve module, zoals een rooster, voor selectie en afstemming van de laserfrequentie. We kunnen golflengten leveren van 190 nm tot 4000 nm, met smalle lijnbreedte en afstembaarheid - tot 120 nm mode-hop-vrije afstembaarheid in sommige systemen. Deze lasers kunnen worden versterkt met stand-alone versterkers of worden geïntegreerd in complete master-oscillator-vermogensversterkers (MOPA's) tot 4 W. De meeste laserversterkersystemen maken gebruik van taps toelopende versterkers. Een bredere spectrale dekking kan worden bereikt met lasers met dubbele frequentie - van 190 nm tot 680 nm, met vermogens tot 1 W. De belangrijkste kenmerken van al deze lasersystemen zijn weinig ruis (lage RIN-ruis en smalle lijnbreedte) en lage drift. Deze uitstekende eigenschappen zijn afhankelijk van extreem goede laserdrivercircuits. Om een ​​hogere laserstabiliteit te bereiken, kan de lijnbreedte worden verkleind tot 1 Hz door gebruik te maken van verschillende typen laserfrequentie-vergrendelende modules, die kunnen worden bestuurd door handige digitale circuits.

Modusselectie
Door frequentieselectieve feedback in de laserholte te introduceren, kunnen uitstekende halfgeleiderlasereigenschappen zoals een smalle emissielijnbreedte, grote coherentielengte, nauwkeurige golflengteselectie en afstemming of stabilisatie van de emissiefrequentie worden bereikt. JTBYShield biedt twee afstembare halfgeleiderlasers met enkele frequentie. Beide maken gebruik van roosterstructuren om de emissiefrequentie te selecteren en te regelen. Eén daarvan is een roostergestabiliseerde halfgeleiderlaser met externe holte (ECDL).

Het bevat een optisch rooster dat vóór de laserdiode is gemonteerd als het eerste vlak van de resonantieholte, terwijl het tweede vlak van de resonantieholte de achterkant van de diode is, terwijl de laserbuis en het feedbackelement de "externe resonantieholte" vormen.

Schematisch diagram van halfgeleiderlaser met externe holte

Een andere benadering zijn laserdiodes met roosters ingebouwd in de halfgeleider zelf: gedistribueerde feedback (DFB) en gedistribueerde Bragg-reflector (DBR) halfgeleiderlaserbuizen.

Het roosterfilter, de halfgeleiderversterkingscurve, de interne halfgeleiderlaserbuismodus en (indien van toepassing) de externe holtemodus bepalen de lasermodus. Nauwkeurige temperatuur- en stroomregeling en een goede afstemming van de componenten zijn noodzakelijk voor een stabiele single-mode werking.

Modusselectie bij diodelasers met externe holte

Schematisch diagram van halfgeleiderlaser met externe holte

DBR-laserdiodeschema

Golflengte afstemmen

DFB- en DBR-diodes kunnen op golflengte worden afgestemd door de stroom en/of temperatuur van de halfgeleiderlaserbuis aan te passen. Ze kunnen worden afgestemd over ongeveer 1-2 nm zonder mode-hopping.

Om de golflengte van de ECDL te veranderen, moet de spectrale respons van het modusselectieve apparaat worden veranderd, bijvoorbeeld door de invalshoek op het rooster te veranderen. Dit zorgt ervoor dat de laser in de modus werkt waarin de totale versterking maximaal is en naar een andere longitudinale modus springt en op een nieuwe golflengte uitzendt.

Fijnafstemming van de lasergolflengte wordt bereikt door de lengte van de externe holte te veranderen, waardoor de huidige longitudinale modus verandert, ondersteund door de single-mode werking van de laser.

Mode-hop-vrije afstemming

DL Pro-laser

Het grote mode-hop-vrije afstembereik wordt bepaald door de gecoördineerde afstemming van meerdere factoren. Onze DL pro-lasers bereiken een vrije afstemming met brede frequentiesprongen door gelijktijdig de roosterhoek, de lengte van de externe holte en de stroom van de halfgeleiderlaserbuis te wijzigen om optimale synchronisatie te bereiken. De mode-hop-vrije afstemming van DL pro is doorgaans 20-50 GHz, met een robuuste en quasi-monomere structuur om stabiele werkomstandigheden te verkrijgen.

Toepassingsgebieden
1. Toepassing op het gebied van communicatie
Afstembare halfgeleiderlasers spelen een sleutelrol in optische communicatiesystemen, vooral in systemen voor golflengteverdelingsmultiplex (WDM) en dichte golflengteverdelingsmultiplexing (DWDM). Dankzij de mogelijkheid om de golflengte af te stemmen, kan het zich flexibel aanpassen aan de behoeften van verschillende kanalen, waardoor de transmissiecapaciteit en efficiëntie van het netwerk worden verbeterd.
2. Toepassing op medisch gebied
Op medisch gebied worden afstembare halfgeleiderlasers veel gebruikt bij uiterst nauwkeurige chirurgie, lasertherapie en biomedische beeldvorming. De nauwkeurige golflengtecontrole en hoge stabiliteit maken het een ideale keuze voor toepassingen zoals oogchirurgie, dermatologische behandeling en kankerbehandeling.
3. Toepassing in wetenschappelijk onderzoek
Afstembare halfgeleiderlasers hebben belangrijke toepassingen in wetenschappelijk onderzoek, zoals spectrale analyse, precisiemeting en onderzoek naar kwantumoptica. Dankzij de smalle lijnbreedte en de hoge onderdrukkingsverhouding van de zijmodus blinkt hij uit in spectrale metingen met hoge resolutie en vereisten voor laserbronnen met lage ruis.
4. Zeer nauwkeurige meting
De toepassing van afstembare halfgeleiderlasers bij uiterst nauwkeurige metingen omvat afstandsmetingen, snelheidsmetingen en rekmetingen. Dankzij de hoge coherentie en smalle lijnbreedte-eigenschappen kunnen interferometrische meetsystemen een extreem hoge meetnauwkeurigheid en stabiliteit bereiken.
5. Spectraalanalyse
Wanneer afstembare halfgeleiderlasers worden gebruikt voor spectrale analyse, kunnen ze spectrale gegevens met hoge resolutie en hoge gevoeligheid leveren. Hun toepassingen op het gebied van milieumonitoring, chemische analyse en biosensoren helpen bij het detecteren van sporencomponenten en het analyseren van complexe monsters.
6. Interferometrie voor optische frequentiescanning
De toepassing van afstembare halfgeleiderlasers bij optische frequentiescaninterferometrie bereikt een absolute afstandsmeting van het doel door de laserfrequentie te veranderen. Dankzij de hoge precisie en lange coherentielengte wordt het op grote schaal gebruikt bij terreinkartering en ruimteverkenning.

Het omzetten van laserdiodes in afstembare halfgeleiderlasers introduceert frequentieselectieve feedbackmechanismen om modusselectie te bereiken, maakt gebruik van roosterstructuren (zoals externe holteroosters en ingebouwd rooster DFB/DBR) om de golflengteafstemming te regelen, en optimaliseert de stabiliteit van de laseruitvoer en de modus -hopvrij afstembereik door synchrone afstemmingsmethoden. Deze innovaties verbeteren niet alleen de nauwkeurigheid en stabiliteit van lasersystemen, maar vergroten ook hun toepassingspotentieel op het gebied van uiterst nauwkeurige metingen, spectrale analyse en optische frequentiescanning-interferometrie.

JTBYSchildbiedt hoogwaardige, afstembare halfgeleiderlasers met één frequentie die kunnen worden gebruikt in toepassingen zoals laserspectroscopie, biofotonica, fundamentele kwantumfysica en halfgeleiderdetectie/metrologie.Als u geïnteresseerd bent, neem dan gerust contact met ons op voor meer productdetails.

Contactgegevens:

Heeft u ideeën? Neem dan gerust contact met ons op. Waar onze klanten zich ook bevinden en wat onze eisen ook zijn, wij zullen ons doel volgen om onze klanten hoge kwaliteit, lage prijzen en de beste service te bieden.