Laser semikonduktor berpasangan serat

Definisi: Laser dioda di mana cahaya yang dihasilkan digabungkan ke dalam serat optik.

Dalam banyak kasus, cahaya keluaran dari laser dioda ke dalam serat optik perlu dipasangkan sehingga cahaya dapat ditransmisikan ke tempat yang diperlukan. Laser semikonduktor berpasangan serat memiliki keuntungan sebagai berikut:

1. Kurva intensitas cahaya yang dipancarkan dari serat optik umumnya halus dan melingkar, dan kualitas pancarannya simetris, sehingga sangat nyaman dalam penerapannya. Misalnya, optik yang tidak terlalu rumit digunakan untuk menghasilkan titik pompa melingkar untuk laser solid-state yang dipompa ujung.

2. Jika dioda laser dan perangkat pendinginnya dilepas dari kepala laser solid-state, laser menjadi sangat kecil dan terdapat cukup ruang untuk menempatkan bagian optik lainnya.

3. Mengganti laser semikonduktor optik yang tidak memenuhi syarat tidak memerlukan perubahan susunan perangkat.

4. Perangkat kopling optik mudah digunakan dalam kombinasi dengan perangkat serat optik lainnya.

Jenis Laser Semikonduktor Berpasangan Serat

Banyak laser dioda jadi yang digabungkan dengan serat, mengandung optik berpasangan serat yang sangat kuat dalam paket lasernya. Laser dioda yang berbeda menggunakan serat dan teknologi yang berbeda.

Kasus paling sederhana adalah VCSEL (Laser Radiasi Permukaan Rongga Vertikal) biasanya memancarkan sinar dengan kualitas sinar sangat tinggi, divergensi sinar sedang, tidak ada astigmatisme, dan distribusi intensitas melingkar. Pencitraan titik radiasi ke dalam inti serat mode tunggal memerlukan lensa sferis sederhana. Efisiensi kopling bisa mencapai 70-80%. Serat optik juga dapat digabungkan langsung ke permukaan radiasi VCSEL.

Dioda laser pemancar tepi kecil juga memancarkan mode spasial tunggal dan dengan demikian, pada prinsipnya, dapat berpasangan secara efisien menjadi serat mode tunggal. Namun, jika hanya lensa sferis sederhana yang digunakan, eliptisitas berkas akan sangat mengurangi efisiensi kopling. Dan sudut divergensi sinar relatif besar setidaknya pada satu arah, sehingga lensa perlu memiliki bukaan numerik yang relatif besar. Masalah lainnya adalah astigmatisme yang terdapat pada cahaya keluaran dioda, terutama dioda yang dipandu penguatan, yang dapat dikompensasi dengan menggunakan lensa silinder tambahan. Jika daya keluaran mencapai beberapa ratus miliwatt, dioda laser yang dipandu penguatan serat dapat digunakan untuk memompa penguat serat yang didoping erbium.

Gambar 2: Skema dioda laser pemancar tepi berpasangan serat berdaya rendah yang sederhana. Lensa bulat digunakan untuk menggambarkan cahaya yang dipancarkan dari permukaan dioda laser ke inti serat. Elliptisitas sinar dan astigmatisme mengurangi efisiensi kopling.

Dioda laser area besar bersifat multi-mode spasial dalam arah radiasi. Jika Anda hanya membentuk sinar melingkar melalui lensa silinder (misalnya, lensa serat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3) dan kemudian memasukkan serat multimode, sebagian besar kecerahan akan hilang karena sinar berkualitas tinggi berada pada arah sumbu cepat. Kualitas tidak dapat digunakan. Misalnya, cahaya dengan daya 1W dapat memasuki serat multimode dengan diameter inti 50 mikron dan bukaan numerik 0,12. Cahaya ini cukup untuk memompa laser massal berdaya rendah, seperti laser microchip. Bahkan memancarkan cahaya 10W pun dimungkinkan.

Gambar 3: Skema dioda laser area luas yang digabungkan secara optik sederhana. Lensa serat optik digunakan untuk mengkolimasi cahaya dalam arah sumbu cepat.

Teknologi laser broadband yang ditingkatkan adalah dengan membentuk sinar agar memiliki kualitas sinar yang simetris (bukan hanya radius sinar) sebelum menembakkannya. Hal ini juga menghasilkan kecerahan yang lebih tinggi.

Dalam susunan dioda, masalah kualitas pancaran asimetris bahkan lebih serius. Output dari masing-masing pemancar dapat digabungkan ke dalam serat yang berbeda dalam bundel serat. Serat optik disusun secara linier pada satu sisi susunan dioda, tetapi ujung keluarannya disusun dalam susunan melingkar. Pembentuk berkas dapat digunakan untuk mencapai kualitas berkas simetris sebelum meluncurkan berkas ke dalam serat multimode. Hal ini memungkinkan cahaya 30W digabungkan ke dalam serat berdiameter 200 mikron dengan bukaan numerik 0,22. Perangkat ini dapat digunakan untuk memompa laser Nd:YAG atau Nd:YVO4 untuk memperoleh daya keluaran sekitar 15W.

Dalam tumpukan dioda, serat dengan diameter inti lebih besar juga biasa digunakan. Beberapa ratus watt (atau bahkan beberapa kilowatt) cahaya dapat digabungkan ke dalam serat optik dengan diameter inti 600 mikron dan bukaan numerik 0,22.

Kekurangan Kopling Serat.

Beberapa kelemahan laser semikonduktor berpasangan serat dibandingkan dengan laser radiasi ruang bebas meliputi:

biaya lebih tinggi. Biaya dapat dikurangi jika penanganan berkas dan proses transmisi disederhanakan.

Daya keluarannya sedikit lebih kecil dan yang lebih penting kecerahannya. Hilangnya kecerahan terkadang sangat besar (lebih besar dari urutan besarnya) dan terkadang kecil, bergantung pada teknologi kopling serat yang digunakan. Dalam beberapa kasus hal ini tidak menjadi masalah, namun dalam kasus lain hal ini menjadi masalah, seperti dalam desain laser curah yang dipompa dioda atau laser serat berdaya tinggi.

Dalam kebanyakan kasus (terutama serat multimode), serat mempertahankan polarisasi. Kemudian cahaya keluaran serat terpolarisasi sebagian, dan jika serat dipindahkan atau suhu berubah, keadaan polarisasi juga akan berubah. Jika penyerapan pompa bergantung pada polarisasi, hal ini dapat menimbulkan masalah stabilitas yang signifikan pada laser solid-state yang dipompa dioda.