फायबर जोडलेले सेमीकंडक्टर लेसर

व्याख्या: डायोड लेसर ज्यामध्ये निर्माण होणारा प्रकाश ऑप्टिकल फायबरमध्ये जोडला जातो.

बऱ्याच प्रकरणांमध्ये, डायोड लेसरमधून आउटपुट प्रकाश ऑप्टिकल फायबरमध्ये जोडणे आवश्यक असते जेणेकरून प्रकाश आवश्यक असलेल्या ठिकाणी प्रसारित केला जाऊ शकतो. फायबर-कपल्ड सेमीकंडक्टर लेसरचे खालील फायदे आहेत:

1. ऑप्टिकल फायबरमधून उत्सर्जित होणाऱ्या प्रकाशाची तीव्रता वक्र साधारणपणे गुळगुळीत आणि गोलाकार असते आणि बीमची गुणवत्ता सममितीय असते, जी वापरण्यात अतिशय सोयीची असते. उदाहरणार्थ, एंड-पंप केलेल्या सॉलिड-स्टेट लेसरसाठी गोलाकार पंप स्पॉट्स निर्माण करण्यासाठी कमी जटिल ऑप्टिक्सचा वापर केला जातो.

2. लेसर डायोड आणि त्याचे कूलिंग यंत्र सॉलिड-स्टेट लेसर हेडमधून काढून टाकल्यास, लेसर खूपच लहान होतो आणि इतर ऑप्टिकल भाग ठेवण्यासाठी पुरेशी जागा असते.

3. अयोग्य ऑप्टिकली कपल्ड सेमीकंडक्टर लेसर बदलण्यासाठी डिव्हाइसची व्यवस्था बदलण्याची आवश्यकता नाही.

4. ऑप्टिकल कपलिंग डिव्हाइस इतर फायबर ऑप्टिक उपकरणांच्या संयोजनात वापरण्यास सोपे आहे.

फायबर कपल्ड सेमीकंडक्टर लेसर प्रकार

बरेच तयार डायोड लेसर फायबर-कपल्ड असतात, ज्यात लेसर पॅकेजमध्ये अतिशय मजबूत फायबर-कपल्ड ऑप्टिक्स असतात. वेगवेगळे डायोड लेसर वेगवेगळे तंतू आणि तंत्रज्ञान वापरतात.

सर्वात सोपा केस असा आहे की व्हीसीएसईएल (व्हर्टिकल कॅव्हिटी सरफेस रेडिएशन लेसर) विशेषत: उच्च बीम गुणवत्ता, मध्यम बीम विचलन, दृष्टिवैषम्य नाही आणि वर्तुळाकार तीव्रता वितरणासह बीमचे विकिरण करते. सिंगल-मोड फायबरच्या कोरमध्ये रेडिएशन स्पॉट इमेजिंग करण्यासाठी साध्या गोलाकार लेन्सची आवश्यकता असते. कपलिंग कार्यक्षमता 70-80% पर्यंत पोहोचू शकते. ऑप्टिकल फायबर थेट VCSEL च्या रेडिएटिंग पृष्ठभागावर देखील जोडले जाऊ शकतात.

लहान काठ-उत्सर्जक लेसर डायोड देखील एकल अवकाशीय मोड पसरवतात आणि अशा प्रकारे, तत्त्वतः, एकल-मोड फायबरमध्ये कार्यक्षमतेने जोडू शकतात. तथापि, फक्त एक साधी गोलाकार भिंग वापरल्यास, तुळईची लंबवर्तुळता कपलिंग कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात कमी करेल. आणि बीम डायव्हर्जन कोन कमीत कमी एका दिशेने तुलनेने मोठा आहे, म्हणून लेन्समध्ये तुलनेने मोठे संख्यात्मक छिद्र असणे आवश्यक आहे. दुसरी समस्या म्हणजे डायोडच्या आउटपुट लाइटमध्ये, विशेषत: गेन-मार्गदर्शित डायोड, ज्याची भरपाई अतिरिक्त दंडगोलाकार लेन्स वापरून केली जाऊ शकते. आउटपुट पॉवर अनेक शंभर मिलीवॅट्सपर्यंत पोहोचल्यास, एर्बियम-डोपड फायबर ॲम्प्लिफायर्स पंप करण्यासाठी फायबर-कपल्ड गेन-गाइडेड लेसर डायोड्सचा वापर केला जाऊ शकतो.

आकृती 2: साध्या लो-पॉवर फायबर-कपल्ड एज-एमिटिंग लेसर डायोडची योजनाबद्ध. गोलाकार लेन्सचा वापर लेसर डायोडच्या पृष्ठभागावरून फायबर कोरवर प्रकाश टाकण्यासाठी केला जातो. बीम लंबवर्तुळ आणि दृष्टिवैषम्य जोडणी कार्यक्षमता कमी करते.

मोठ्या-क्षेत्राचे लेसर डायोड हे किरणोत्सर्गाच्या दिशेने अवकाशीयदृष्ट्या मल्टी-मोड असतात. जर तुम्ही गोलाकार बीमला दंडगोलाकार लेन्सद्वारे आकार दिला (उदाहरणार्थ, फायबर लेन्स, आकृती 3 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे) आणि नंतर मल्टीमोड फायबरमध्ये प्रवेश केला, तर बहुतेक ब्राइटनेस नष्ट होईल कारण वेगवान अक्षाच्या दिशेने उच्च-गुणवत्तेचे बीम गुणवत्ता वापरली जाऊ शकत नाही. उदाहरणार्थ, 1W ची शक्ती असलेला प्रकाश 50 मायक्रॉनच्या कोर व्यासासह आणि 0.12 च्या अंकीय छिद्रासह मल्टीमोड फायबरमध्ये प्रवेश करू शकतो. हा प्रकाश कमी-शक्तीचा बल्क लेसर पंप करण्यासाठी पुरेसा आहे, जसे की मायक्रोचिप लेसर. 10W प्रकाश उत्सर्जित करणे देखील शक्य आहे.

आकृती 3: साध्या ऑप्टिकली जोडलेल्या मोठ्या-क्षेत्राच्या लेसर डायोडची योजनाबद्ध. फायबर ऑप्टिक लेन्सचा वापर वेगवान अक्षाच्या दिशेने प्रकाशाशी जुळवून घेण्यासाठी केला जातो.

सुधारित ब्रॉडबँड लेसर तंत्रज्ञान म्हणजे बीमला फायरिंग करण्यापूर्वी सममित बीम दर्जा (फक्त बीम त्रिज्या नव्हे) असा आकार देणे. याचा परिणाम जास्त ब्राइटनेस देखील होतो.

डायोड ॲरेमध्ये, असममित बीम गुणवत्तेची समस्या आणखी गंभीर आहे. प्रत्येक ट्रान्समीटरचे आउटपुट फायबर बंडलमधील वेगळ्या फायबरमध्ये जोडले जाऊ शकते. डायोड ॲरेच्या एका बाजूला ऑप्टिकल फायबर रेषीय पद्धतीने मांडलेले असतात, परंतु आउटपुटचे टोक गोलाकार ॲरेमध्ये मांडलेले असतात. बीमला मल्टीमोड फायबरमध्ये लॉन्च करण्यापूर्वी सममितीय बीम गुणवत्ता प्राप्त करण्यासाठी बीम शेपरचा वापर केला जाऊ शकतो. हे 30W प्रकाशाला 0.22 च्या अंकीय छिद्रासह 200 मायक्रॉन व्यासाच्या फायबरमध्ये जोडण्यास अनुमती देते. या उपकरणाचा वापर Nd:YAG किंवा Nd:YVO4 लेसर पंप करण्यासाठी अंदाजे 15W ची आउटपुट पॉवर प्राप्त करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.

डायोड स्टॅकमध्ये, मोठ्या कोर व्यासासह तंतू देखील सामान्यतः वापरले जातात. 600 मायक्रॉनच्या कोर व्यासासह आणि 0.22 च्या अंकीय छिद्र असलेल्या ऑप्टिकल फायबरमध्ये अनेक शंभर वॅट (किंवा अनेक किलोवॅट) प्रकाश जोडला जाऊ शकतो.

फायबर कपलिंगचे तोटे.

फ्री-स्पेस रेडिएशन लेसरच्या तुलनेत फायबर-कपल्ड सेमीकंडक्टर लेसरचे काही तोटे आहेत:

जास्त खर्च. बीम हाताळणी आणि ट्रान्समिशन प्रक्रिया सुलभ केल्यास खर्च कमी केला जाऊ शकतो.

आउटपुट पॉवर किंचित लहान आहे आणि अधिक महत्त्वाचे म्हणजे ब्राइटनेस. वापरलेल्या फायबर कपलिंग तंत्रज्ञानावर अवलंबून ब्राइटनेस कमी होणे कधीकधी खूप मोठे असते (प्रमाणाच्या ऑर्डरपेक्षा जास्त) आणि कधीकधी लहान असते. काही प्रकरणांमध्ये हे काही फरक पडत नाही, परंतु इतर प्रकरणांमध्ये ही समस्या बनते, जसे की डायोड-पंप बल्क लेसर किंवा उच्च-शक्ती फायबर लेसरच्या डिझाइनमध्ये.

बहुतेक प्रकरणांमध्ये (विशेषत: मल्टीमोड फायबर), फायबर ध्रुवीकरण राखते. नंतर फायबरचा आउटपुट लाइट अंशतः ध्रुवीकरण केला जातो आणि जर फायबर हलविला गेला किंवा तापमान बदलले तर ध्रुवीकरण स्थिती देखील बदलेल. जर पंप शोषण ध्रुवीकरणावर अवलंबून असेल, तर यामुळे डायोड-पंप केलेल्या सॉलिड-स्टेट लेसरमध्ये स्थिरतेच्या महत्त्वपूर्ण समस्या निर्माण होऊ शकतात.