Jaka jest struktura modowa impulsowej diody laserowej?

Hej tam! Jako dostawca impulsowych diod laserowych często jestem pytany o strukturę modową tych małych elektrowni. Pomyślałem więc, że zgłębię ten temat i podzielę się tym, co wiem.

Na początek zrozummy, czym jest impulsowa dioda laserowa. To urządzenie półprzewodnikowe, które emituje krótkie, intensywne impulsy światła. Diody te mają szerokie zastosowanie, od systemów lidarowych w pojazdach autonomicznych po komunikację optyczną, a nawet w niektórych urządzeniach medycznych.

Struktura trybów impulsowej diody laserowej dotyczy przede wszystkim sposobu dystrybucji światła we wnęce lasera. Istnieją dwa główne typy modów, o których musimy porozmawiać: mody poprzeczne i mody podłużne.

Tryby poprzeczne

Mody poprzeczne opisują rozkład światła w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku wiązki lasera. Istnieją dwa popularne typy: podstawowy mod poprzeczny (TEM₀₀) i mody poprzeczne wyższego rzędu.

Tryb TEM₀₀ jest jak święty Graal trybów laserowych. W tym trybie natężenie światła jest największe w środku wiązki i stopniowo maleje w kierunku krawędzi, tworząc ładny profil wiązki w kształcie Gaussa. Tryb ten charakteryzuje się doskonałą jakością wiązki i małym kątem rozbieżności, co oznacza, że ​​wiązka pozostaje skupiona na dużej odległości. Jest idealny do zastosowań, w których potrzebna jest wysoce skoncentrowana i dobrze zdefiniowana wiązka, na przykład w precyzyjnej obróbce skrawaniem lub w niektórych typach systemów lidarowych.

Z drugiej strony mody poprzeczne wyższego rzędu mają bardziej złożone rozkłady intensywności. Mogą mieć wiele szczytów i dolin w profilu belki. Tryby te mają zwykle większe kąty rozbieżności i niższą jakość wiązki w porównaniu z trybem TEM₀₀. Jednak w niektórych przypadkach mogą się one nadal przydać. Na przykład w niektórych typach wyświetlaczy laserowych można zastosować tryby wyższego rzędu w celu stworzenia bardziej interesujących wzorów wiązek.

Na strukturę modową impulsowej diody laserowej może wpływać kilka czynników. Jednym z kluczowych czynników jest konstrukcja wnęki lasera. Kształt i rozmiar wnęki może określić, które mody mogą oscylować. Na przykład mniejsza wnęka z większym prawdopodobieństwem będzie wspierać podstawowy mod poprzeczny, podczas gdy większa wnęka może pozwolić na istnienie modów wyższego rzędu.

Innym ważnym czynnikiem jest profil wzmocnienia obszaru aktywnego diody. Profil wzmocnienia opisuje, w jaki sposób wzmocnienie światła zmienia się w obszarze aktywnym. Jeżeli wzmocnienie jest największe w środku obszaru aktywnego, będzie to sprzyjać podstawowemu trybowi poprzecznemu. Jeśli jednak wzmocnienie jest bardziej równomiernie rozłożone, prawdopodobieństwo wystąpienia modów wyższego rzędu może być większe.

Tryby podłużne

Mody podłużne natomiast związane są z rozkładem światła wzdłuż kierunku wiązki lasera. W pulsacyjnej diodzie laserowej światło oscyluje tam i z powrotem pomiędzy dwoma zwierciadłami wnęki lasera, tworząc fale stojące. Każdy mod podłużny odpowiada określonej długości fali lub częstotliwości światła.

Liczba modów podłużnych w impulsowej diodzie laserowej zależy od długości wnęki lasera i szerokości widmowej ośrodka wzmacniającego. Im dłuższa wnęka, tym bliżej siebie będą rozmieszczone mody podłużne. A jeśli medium wzmacniające ma szeroką szerokość widmową, może obsługiwać więcej trybów podłużnych.

W niektórych zastosowaniach posiadanie pojedynczego trybu wzdłużnego ma kluczowe znaczenie. Na przykład w systemach komunikacji optycznej potrzebny jest pojedynczy laser w trybie podłużnym, aby zapewnić stabilną i szybką transmisję danych. Aby uzyskać działanie w pojedynczym trybie podłużnym, można zastosować różne techniki, takie jak zastosowanie struktury rozproszonego sprzężenia zwrotnego (DFB) w diodzie.

W laserze DFB siatka jest zintegrowana z aktywnym obszarem diody. Siatka ta działa jak filtr selektywny pod względem długości fali, umożliwiając oscylację tylko jednego modu podłużnego. Rezultatem jest bardzo stabilny sygnał lasera o wąskiej szerokości linii, który idealnie nadaje się do komunikacji optycznej.

Sterowanie trybem w impulsowych diodach laserowych

Jako dostawca impulsowych diod laserowych dużą wagę przywiązujemy do kontroli trybu. Chcemy mieć pewność, że nasze diody będą mogły pracować w pożądanej strukturze trybów, aby sprostać specyficznym potrzebom naszych klientów.

Jednym ze sposobów kontrolowania struktury trybów jest staranne projektowanie i wytwarzanie diod laserowych. Optymalizujemy geometrię wnęki lasera i profil wzmocnienia obszaru aktywnego, aby faworyzować pożądany tryb. Na przykład możemy zastosować strukturę falowodu grzbietowego, aby ograniczyć światło i zachęcić do podstawowego działania w trybie poprzecznym.

Stosujemy również zaawansowane techniki pakowania w celu ochrony diod i utrzymania ich stabilności modowej. Na przykład naszLaser impulsowy TO56 905nm 70WILaser impulsowy TO56 905nm 25Wsą starannie pakowane, aby zapewnić spójność struktury trybów w czasie i w różnych warunkach pracy.

Oprócz projektowania i pakowania przeprowadzamy również szeroko zakrojone testy naszych impulsowych diod laserowych. Używamy zaawansowanego sprzętu do pomiarów optycznych, aby analizować strukturę modową diod i upewnić się, że spełniają one nasze standardy jakości. Jeśli dioda nie spełnia wymaganych specyfikacji trybu, dokonamy zmian w procesie produkcyjnym lub odrzucimy diodę, aby mieć pewność, że do naszych klientów dotrą wyłącznie produkty wysokiej jakości.

Wymagania dotyczące aplikacji i trybu

Różne zastosowania mają różne wymagania dotyczące trybu dla impulsowych diod laserowych. Rzućmy okiem na kilka przykładów.

Systemy Lidarowe: W lidarze, który jest używany do mapowania 3D i wykrywania obiektów w pojazdach autonomicznych i innych zastosowaniach, niezbędna jest wysokiej jakości wiązka o dobrze określonej strukturze trybów. Zwykle preferowany jest podstawowy tryb poprzeczny (TEM₀₀), ponieważ zapewnia wąską i skupioną wiązkę, co pozwala na dokładne pomiary odległości i obrazowanie w wysokiej rozdzielczości. Nasze lasery impulsowe TO56 905 nm są często stosowane w systemach lidarowych ze względu na ich doskonałą jakość trybu i wysoką moc wyjściową.

Komunikacja optyczna: Jak wspomniano wcześniej, w komunikacji optycznej kluczowe znaczenie ma praca w pojedynczym trybie podłużnym. Do przesyłania danych na duże odległości bez znaczącej degradacji sygnału potrzebny jest stabilny laser o wąskiej szerokości linii. Lasery DFB są powszechnie stosowane w tym zastosowaniu, ponieważ mogą zapewniać sygnał wyjściowy w pojedynczym trybie podłużnym.

Zastosowania medyczne: W niektórych zastosowaniach medycznych, takich jak chirurgia laserowa lub terapia fotodynamiczna, struktura modowa diody laserowej może mieć wpływ na wynik leczenia. Dobrze kontrolowana wiązka o określonym profilu trybu może być używana do celowania w określone tkanki lub komórki z dużą precyzją.

Wniosek

Zrozumienie struktury modowej impulsowej diody laserowej jest niezbędne zarówno dla producentów, jak i użytkowników. Wpływa to na wydajność i przydatność diod do różnych zastosowań. Jako dostawca stale pracujemy nad udoskonaleniem naszej technologii i zapewnieniem, że nasze impulsowe diody laserowe będą w stanie zapewnić pożądaną strukturę trybów z wysoką niezawodnością i wydajnością.

Jeśli działasz na rynku impulsowych diod laserowych i masz specyficzne wymagania dotyczące trybu dla swojego zastosowania, nie wahaj się z nami skontaktować. Chętnie udzielimy Państwu szczegółowych informacji na temat naszych produktów oraz pomożemy w doborze diody odpowiedniej do Państwa potrzeb. Niezależnie od tego, czy potrzebujesz lasera impulsowego o dużej mocy i doskonałej jakości trybu, czy lasera z pojedynczym trybem podłużnym do komunikacji optycznej, mamy wszystko, czego potrzebujesz. Rozpocznijmy rozmowę i zobaczmy, jak możemy współpracować, aby spełnić Twoje potrzeby w zakresie diody laserowej.

Referencje

• Siegman, AE (1986). Lasery. Uniwersyteckie książki naukowe.
• Saleh, BEA i Teich, MC (2007). Podstawy fotoniki. Wiley-Interscience.