Faser-Bragg-Gitter (FBGs) werden häufig in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Wellenlängengenauigkeit und Stabilität für Halbleiterlaserdioden erfordern. FBGs bieten zahlreiche Vorteile, darunter hohe thermische Stabilität, einfache Integration und große Vielseitigkeit, die alle in diesem Artikel näher erläutert werden.
Laser mit schmaler Linienbreite und stabiler Wellenlänge spielen in vielen Bereichen wie Sensorik, medizinischer Behandlung, Spektralanalyse, Bildgebung und Telekommunikation eine entscheidende Rolle. Obwohl DBR-Laser (Distributed Bragg Reflector) und DFB-Laser (Distributed Feedback) eine hervorragende Leistung liefern, sind ihre Produktionskosten höher als die von Fabry-Perot (FP)-Laserdioden, da sie vor dem Verpacken individuelle Tests erfordern.
Darüber hinaus bieten FBGs im Vergleich zu den in DFB- und DBR-Lasern verwendeten Wellenleitergittern eine überlegene Stabilität und Wellenlängengenauigkeit. Volumen-Bragg-Gitter (VBGs) können in bestimmten Anwendungen als Alternative zu FBGs dienen, doch FBGs bieten Vorteile in Bezug auf thermische Stabilität, Einfachheit der Integration und Vielseitigkeit.
Wellenlängenstabile Halbleiterpumplaser mit hoher Ausgangsleistung spielen eine Schlüsselrolle in modernen Faserlasern, Faserverstärkern und Raman-Faserverstärkern. Da Laserverstärkungsmedien sehr empfindlich auf Schwankungen der Pumpwellenlänge reagieren, sind Halbleiterpumplaser mit FBG-stabilisierter Wellenlänge zur gängigsten Lösung auf dem Markt geworden.
Abbildung 1 zeigt die Struktur eines typischen wellenlängengesperrten FBG-Pumplasermoduls. Bei solchen Anwendungen wird das FBG auf die Pigtail-Faser des Pumplasers eingeschrieben, typischerweise in einem Abstand von 50 cm bis 2 m vom Laserchip.
Das System nutzt kollimierende optische Komponenten oder linsenförmige Faserpigtails, um das vom Halbleiterlaserchip emittierte Licht effizient in den Singlemode-Pigtail einzukoppeln.
Ein Faser-Bragg-Gitter stellt einen externen Rückkopplungsmechanismus her, der die Laserwellenlänge nahe der FBG-Zentralwellenlänge effektiv stabilisiert und die spektrale Ausgangsbreite des Lasers verringert. Auf diese Weise erreicht das Pumplasermodul sowohl eine hohe Pumpeffizienz als auch eine hervorragende Stabilität.
Abbildung 1. FBG-Pumpenmodul
Der Bau eines Lasers mit externem Resonator mithilfe eines Faser-Bragg-Gitters (FBG) ist eine kostengünstige Lösung zur Verbesserung der Leistung kostengünstiger Laser. Wie in Abbildung 1 dargestellt, wird das FBG in den Faser-Pigtail eingeschrieben, normalerweise in der Nähe des emittierenden Chips, wodurch ein Laser mit externem Hohlraum entsteht.
Im Vergleich zu herkömmlichen Fabry-Perot-Laserdioden weisen FBG-basierte Laser mit externem Hohlraum nicht nur eine schmalere Linienbreite auf, sondern weisen auch eine stärkere Unterdrückung der Wellenlängendrift auf, die durch Schwankungen der Temperatur oder des Antriebsstroms verursacht wird – die beiden häufigsten Faktoren, die zu Leistungsverschiebungen bei Laserdioden führen.
Um eine effiziente und zuverlässige Wellenlängenkopplung oder -stabilisierung von Laserdioden zu gewährleisten, müssen Laserhersteller FBGs auswählen, die den Kernleistungsspezifikationen entsprechen.
Hersteller von Laserdioden sollten außerdem zuverlässige und technisch ausgereifte FBG-Lieferanten auswählen, die eine große Auswahl an Wellenlängen und Konfigurationen anbieten können, einschließlich Fasertyp, polarisationserhaltender (PM) oder nicht polarisationserhaltender Faser, Abmessungen und mehr.
Mit seiner hohen thermischen Stabilität, hervorragenden Integrationskompatibilität, Vielseitigkeit in mehreren Szenarien und der Fähigkeit zur präzisen Wellenlängensteuerung ist das Faser-Bragg-Gitter (FBG) zu einer Kernkomponente für die hochpräzise Wellenlängenkopplung und -stabilisierung in verschiedenen Halbleiterlaseranwendungen geworden. Ob zur Wellenlängenkopplung in Hochleistungspumplasern oder zur Leistungssteigerung von kostengünstigen Lasermodulen: FBG erreicht eine präzise Wellenlängenkopplung und Linienbreitenverengung durch die Optimierung des externen Rückkopplungsmechanismus und widersteht gleichzeitig effektiv externen Störungen wie Temperatur- und Antriebsstromschwankungen.
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