Каква е структурата на режима на импулсен лазерен диод?

Здравейте! Като доставчик на импулсни лазерни диоди често ме питат за структурата на режима на тези малки мощности. Така че реших да се потопя дълбоко в тази тема и да споделя това, което знам.

Първо, нека разберем какво е импулсен лазерен диод. Това е полупроводниково устройство, което излъчва къси, интензивни светлинни импулси. Тези диоди се използват в широк спектър от приложения, от лидарни системи в автономни превозни средства до оптична комуникация и дори в някои медицински устройства.

Структурата на режима на импулсния лазерен диод зависи от това как светлината се разпределя в лазерната кухина. Има два основни типа моди, за които трябва да говорим: напречни моди и надлъжни моди.

Напречни режими

Напречните режими описват как светлината се разпределя в равнината, перпендикулярна на посоката на лазерния лъч. Има два често срещани типа: основният напречен мод (TEM₀₀) и напречните модове от по-висок порядък.

Режимът TEM₀₀ е като светия граал на лазерните режими. В този режим интензитетът на светлината е най-висок в центъра на лъча и намалява постепенно към краищата, образувайки хубав профил на лъча с форма на Гаус. Този режим има отлично качество на лъча, с малък ъгъл на отклонение, което означава, че лъчът остава фокусиран на голямо разстояние. Той е идеален за приложения, при които се нуждаете от силно концентриран и добре дефиниран лъч, като например при прецизна обработка или някои видове лидарни системи.

От друга страна, напречните режими от по-висок ред имат по-сложни разпределения на интензитета. Те могат да имат множество пикове и падини в профила на лъча. Тези режими обикновено имат по-големи ъгли на отклонение и по-ниско качество на лъча в сравнение с режима TEM₀₀. Въпреки това, в някои случаи те все още могат да бъдат полезни. Например, в някои видове лазерни дисплеи, режимите от по-висок порядък могат да се използват за създаване на по-интересни модели на лъчи.

Структурата на режима на импулсен лазерен диод може да бъде повлияна от няколко фактора. Един от ключовите фактори е дизайнът на лазерната кухина. Формата и размерът на кухината могат да определят кои режими могат да осцилират. Например, по-малка кухина е по-вероятно да поддържа основния напречен режим, докато по-голяма кухина може да позволи съществуването на режими от по-висок порядък.

Друг важен фактор е профилът на усилване на активната област в диода. Профилът на усилване описва как усилването на светлината варира в активния регион. Ако усилването е най-високо в центъра на активната област, то ще благоприятства основния напречен режим. Но ако печалбата е по-равномерно разпределена, може да е по-вероятно да се появят режими от по-висок порядък.

Надлъжни режими

Надлъжните режими, от друга страна, са свързани с разпределението на светлината по посока на лазерния лъч. В импулсен лазерен диод светлината осцилира напред-назад между двете огледала на лазерната кухина, образувайки стоящи вълни. Всеки надлъжен режим съответства на определена дължина на вълната или честота на светлината.

Броят на надлъжните модове в импулсен лазерен диод зависи от дължината на лазерната кухина и спектралната ширина на усилващата среда. Колкото по-дълга е кухината, толкова по-близко ще бъдат разположени надлъжните моди. И ако средата за усилване има широка спектрална ширина, тя може да поддържа повече надлъжни режими.

В някои приложения наличието на един надлъжен режим е от решаващо значение. Например в оптичните комуникационни системи е необходим лазер с един надлъжен режим, за да се осигури стабилно и високоскоростно предаване на данни. За да се постигне работа в един надлъжен режим, могат да се използват различни техники, като например използване на структура с разпределена обратна връзка (DFB) в диода.

В DFB лазер решетка е интегрирана в активната област на диода. Тази решетка действа като селективен по дължината на вълната филтър, позволяващ да осцилира само един надлъжен режим. Това води до много стабилен лазерен изход с тясна ширина на линията, който е идеален за оптична комуникация.

Управление на режима в импулсни лазерни диоди

Като доставчик на импулсни лазерни диоди, ние обръщаме много внимание на управлението на режима. Искаме да гарантираме, че нашите диоди могат да работят в желаната структура на режима, за да отговорят на специфичните нужди на нашите клиенти.

Един от начините да контролираме структурата на режима е чрез внимателно проектиране и производство на лазерните диоди. Ние оптимизираме геометрията на лазерната кухина и профила на усилване на активната област, за да благоприятстваме желания режим. Например, можем да използваме ръбеста вълноводна структура, за да ограничим светлината и да насърчим работата на основния напречен режим.

Ние също така използваме усъвършенствани техники за опаковане, за да защитим диодите и да поддържаме тяхната стабилност в режима. Например нашатаTO56 905nm 70W импулсен лазериTO56 905nm 25W импулсен лазерса внимателно опаковани, за да се гарантира, че структурата на режима остава последователна във времето и при различни работни условия.

В допълнение към дизайна и опаковането, ние извършваме и обширни тестове на нашите импулсни лазерни диоди. Използваме усъвършенствано оптично измервателно оборудване, за да анализираме структурата на режима на диодите и да се уверим, че отговарят на нашите стандарти за качество. Ако даден диод не отговаря на спецификациите на желания режим, ние ще направим корекции в производствения процес или ще отхвърлим диода, за да гарантираме, че само висококачествени продукти достигат до нашите клиенти.

Изисквания за приложения и режим

Различните приложения имат различни изисквания за режим на импулсни лазерни диоди. Нека да разгледаме няколко примера.

Лидарни системи: В lidar, който се използва за 3D картографиране и откриване на обекти в автономни превозни средства и други приложения, висококачественият лъч с добре дефинирана структура на режима е от съществено значение. Основният напречен режим (TEM₀₀) обикновено се предпочита, защото осигурява тесен и фокусиран лъч, който позволява точни измервания на разстояние и изображения с висока разделителна способност. Нашите импулсни лазери TO56 905nm често се използват в лидарни системи поради тяхното отлично качество на режима и висока изходна мощност.

Оптична комуникация: Както бе споменато по-рано, работата в един надлъжен режим е от решаващо значение при оптичната комуникация. Необходим е стабилен лазер с тясна ширина на линията за предаване на данни на дълги разстояния без значително влошаване на сигнала. DFB лазерите обикновено се използват в това приложение, тъй като те могат да осигурят изход в един надлъжен режим.

Медицински приложения: В някои медицински приложения, като лазерна хирургия или фотодинамична терапия, структурата на режима на лазерния диод може да повлияе на резултата от лечението. Добре контролиран лъч със специфичен режимен профил може да се използва за насочване към конкретни тъкани или клетки с висока точност.

Заключение

Разбирането на структурата на режима на импулсен лазерен диод е от съществено значение както за производителите, така и за потребителите. Това влияе върху производителността и пригодността на диодите за различни приложения. Като доставчик, ние непрекъснато работим за подобряване на нашата технология и гарантираме, че нашите импулсни лазерни диоди могат да осигурят желаната структура на режима с висока надеждност и производителност.

Ако сте на пазара за импулсни лазерни диоди и имате специфични изисквания за режим за вашето приложение, не се колебайте да се свържете с нас. Ние можем да ви предоставим подробна информация за нашите продукти и да ви помогнем да изберете правилния диод за вашите нужди. Независимо дали имате нужда от високомощен импулсен лазер с отлично качество на режима или лазер с един надлъжен режим за оптична комуникация, ние ще ви покрием. Нека започнем разговор и да видим как можем да работим заедно, за да отговорим на вашите нужди от лазерен диод.

Референции

• Siegman, A.E. (1986). Лазери. Университетски научни книги.
• Saleh, BEA, & Teich, MC (2007). Основи на фотониката. Wiley-Interscience.