Como converter um diodo laser em um laser semicondutor ajustável

A conversão de diodos laser em lasers semicondutores sintonizáveis ​​melhora significativamente a precisão e a estabilidade dos sistemas de medição por meio da seleção e controle precisos do comprimento de onda. Isto é particularmente importante para aplicações de alta precisão, como análises espectroscópicas, medições de precisão e pesquisas científicas.

Diodos Laser
Os diodos laser são subcomponentes bem estabelecidos em vários produtos de consumo, como ponteiros laser, leitores de código de barras ou unidades de CD/DVD/Blu-ray. Seu sucesso decorre de sua compactação, facilidade de operação, alta eficiência de conversão e alto custo-desempenho. No entanto, o espectro de emissão dos diodos laser nus é amplo e o comprimento de onda do laser não está bem definido.

Normalmente, as duas faces finais de um tubo de laser semicondutor formam uma cavidade ressonante e determinam o modo de laser (longitudinal). A ampla curva de ganho do semicondutor suporta vários modos simultaneamente, cada um com uma frequência diferente. Mesmo diodos com um único modo longitudinal podem exibir saltos de modo e feixes de saída espectralmente instáveis ​​em pequenas mudanças na temperatura do chip ou na corrente do driver.

Lasers semicondutores ajustáveis

Os lasers semicondutores sintonizáveis ​​de frequência única consistem em um diodo laser e um módulo seletivo de frequência, como uma grade, para seleção e sintonia da frequência do laser. Podemos fornecer comprimentos de onda de 190 nm a 4.000 nm, com largura de linha e sintonia estreitas - até 120 nm de modo sem salto em alguns sistemas. Esses lasers podem ser amplificados com amplificadores independentes ou integrados em amplificadores de potência osciladores mestres completos (MOPAs) de até 4 W. A maioria dos sistemas amplificadores de laser usa amplificadores cônicos. Uma cobertura espectral mais ampla pode ser alcançada com lasers de frequência duplicada - de 190 nm a 680 nm, com potências de até 1 W. As características mais importantes de todos esses sistemas de laser são baixo ruído (baixo ruído RIN e largura de linha estreita) e baixo desvio. Essas excelentes características dependem de circuitos de driver de laser extremamente bons. Para obter maior estabilidade do laser, a largura de linha pode ser reduzida para 1 Hz usando diferentes tipos de módulos de bloqueio de frequência do laser, que podem ser controlados por circuitos digitais convenientes.

Seleção de modo
Ao introduzir feedback seletivo de frequência na cavidade do laser, podem ser alcançadas excelentes propriedades do laser semicondutor, como largura de linha de emissão estreita, grande comprimento de coerência, seleção precisa de comprimento de onda e ajuste ou estabilização da frequência de emissão. JTBYShield oferece dois lasers semicondutores sintonizáveis ​​de frequência única. Ambos utilizam estruturas de grade para selecionar e controlar a frequência de emissão. Um deles é um laser semicondutor de cavidade externa estabilizado com grade (ECDL).

Ele contém uma grade óptica montada na frente do diodo laser como a primeira face da cavidade ressonante, enquanto a segunda face da cavidade ressonante é a parte traseira do diodo, o tubo laser e o elemento de feedback formam a "cavidade ressonante externa".

Diagrama esquemático do laser semicondutor de cavidade externa

Outra abordagem são os diodos laser com grades embutidas no próprio semicondutor: tubos de laser semicondutores de feedback distribuído (DFB) e refletores de Bragg distribuídos (DBR).

O filtro de grade, a curva de ganho do semicondutor, o modo do tubo laser semicondutor interno e (se aplicável) o modo da cavidade externa determinam o modo de laser. O controle preciso de temperatura e corrente e a correspondência adequada dos componentes são necessários para uma operação estável em modo único.

Seleção de modo em lasers de diodo de cavidade externa

Diagrama esquemático do laser semicondutor de cavidade externa

Esquema do diodo laser DBR

Ajuste de comprimento de onda

Os diodos DFB e DBR podem ter comprimento de onda ajustado ajustando a corrente e/ou temperatura do tubo laser semicondutor. Eles podem ser ajustados em cerca de 1-2 nm sem qualquer salto de modo.

Para alterar o comprimento de onda do ECDL, a resposta espectral do dispositivo seletivo de modo precisa ser alterada, por exemplo, alterando o ângulo de incidência na grade. Operando no modo onde o ganho total é máximo, isso faz com que o laser salte para outro modo longitudinal e emita em um novo comprimento de onda.

O ajuste fino do comprimento de onda do laser é obtido alterando o comprimento da cavidade externa, o que altera o modo longitudinal atual suportado pela operação monomodo do laser.

Ajuste sem salto de modo

Laser DL Pro

A grande faixa de sintonia sem saltos é determinada pela sintonia coordenada de múltiplos fatores. Nossos lasers DL pro alcançam um amplo ajuste livre de salto de frequência, alterando simultaneamente o ângulo da grade, o comprimento da cavidade externa e a corrente do tubo do laser semicondutor para obter a sincronização ideal. O ajuste sem salto do DL pro é normalmente 20-50 GHz, com uma estrutura robusta e quase monomérica para obter condições de trabalho estáveis.

Campos de aplicação
1. Aplicação na área da comunicação
Lasers semicondutores sintonizáveis ​​desempenham um papel fundamental em sistemas de comunicação óptica, especialmente em sistemas de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) e multiplexação por divisão de comprimento de onda densa (DWDM). Sua capacidade de ajuste de comprimento de onda permite uma adaptação flexível às necessidades de diferentes canais, melhorando a capacidade de transmissão e a eficiência da rede.
2. Aplicação na área médica
Na área médica, os lasers semicondutores sintonizáveis ​​são amplamente utilizados em cirurgia de alta precisão, terapia a laser e imagens biomédicas. Seu controle preciso do comprimento de onda e alta estabilidade o tornam a escolha ideal para aplicações como cirurgia oftálmica, tratamento dermatológico e tratamento de câncer.
3. Aplicação na investigação científica
Lasers semicondutores sintonizáveis ​​têm aplicações importantes em pesquisa científica, como análise espectral, medição de precisão e pesquisa em óptica quântica. Sua largura de linha estreita e alta taxa de supressão de modo lateral o tornam excelente em medição espectral de alta resolução e requisitos de fonte de laser de baixo ruído.
4. Medição de alta precisão
A aplicação de lasers semicondutores sintonizáveis ​​em medição de alta precisão inclui medição de distância, medição de velocidade e medição de deformação. Suas características de alta coerência e largura de linha estreita permitem que os sistemas de medição interferométrica alcancem precisão e estabilidade de medição extremamente altas.
5. Análise espectral
Quando lasers semicondutores sintonizáveis ​​são usados ​​para análise espectral, eles podem fornecer dados espectrais de alta resolução e alta sensibilidade. Suas aplicações em monitoramento ambiental, análise química e biossensor ajudam a detectar vestígios de componentes e a analisar amostras complexas.
6. Interferometria de varredura de frequência óptica
A aplicação de lasers semicondutores sintonizáveis ​​em interferometria de varredura de frequência óptica atinge a medição absoluta da distância do alvo alterando a frequência do laser. Sua alta precisão e longo comprimento de coerência o tornam amplamente utilizado no mapeamento de terrenos e na exploração espacial.

A conversão de diodos de laser em lasers semicondutores sintonizáveis ​​introduz mecanismos de feedback seletivo de frequência para obter a seleção de modo, usa estruturas de grade (como grades de cavidade externa e grade integrada DFB/DBR) para controlar o ajuste de comprimento de onda e otimiza a estabilidade da saída do laser e do modo faixa de ajuste sem salto por meio de métodos de ajuste síncronos. Essas inovações não apenas melhoram a precisão e a estabilidade dos sistemas a laser, mas também expandem seu potencial de aplicação em medições de alta precisão, análise espectral e faixa de interferometria de varredura de frequência óptica.

Escudo JTBYfornece lasers semicondutores sintonizáveis ​​de frequência única e alto desempenho que podem ser usados ​​em aplicações como espectroscopia a laser, biofotônica, física quântica fundamental e detecção/metrologia de semicondutores.Se você estiver interessado, não hesite em nos contatar para obter mais detalhes do produto.

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