لماذا يظل قفل الطول الموجي FBG هو السائد بالنسبة لمضخة الليزر عالية الطاقة 980 نانومتر

لماذا يظل قفل الطول الموجي FBG هو السائد في ليزر المضخة عالي الطاقة 980 نانومتر على الرغم من أن ليزر DFB يوفر استقرارًا ممتازًا للطول الموجي في الاتصالات البصرية، تعمل ليزر التغذية المرتدة الموزعة (DFB) كمصادر ضوئية رئيسية لنقل DWDM عالي السرعة والاتصالات المتماسكة وأنظمة القياس البصري الدقيقة، وذلك بفضل عرض الخط الضيق وتشغيل الوضع الطولي الفردي ونسبة قمع الوضع الجانبي العالية (SMSR) والمتميزة استقرار الطول الموجي.

ومع ذلك، عندما يتعلق الأمر بمضخة ليزر عالية الطاقة تعمل عند 980 نانومتر و1480 نانومتر، فإن الغالبية العظمى من المنتجات التجارية تعتمد ليزر Fabry-Perot (FP) بالإضافة إلى بنية قفل الطول الموجي Fiber Bragg Gating (FBG)، بدلاً من ليزر DFB المستقل.

تحلل هذه المقالة سبب فشل ليزر DFB، على الرغم من قدرته الفائقة على قفل الطول الموجي، في السيطرة على سوق ليزر المضخات عالية الطاقة من ثلاثة أبعاد: هيكل رقاقة الليزر، وأداء الطاقة، ومتطلبات التطبيق. كيف تحقق ليزر DFB مخرجات طول موجي مستقرة، يتكون التجويف الرنان لليزر FP التقليدي من الوجهين المشقوقين للرقاقة. في حين أن تصنيع ليزر FP بسيط ومنخفض التكلفة، فإنه يعاني من انحراف شديد في الطول الموجي الناجم عن التغيرات في درجات الحرارة، مما يؤدي إلى تقلبات التيار، والتغذية المرتدة البصرية الخارجية، وغالبًا ما تتأرجح عبر أوضاع طولية متعددة في وقت واحد.

على النقيض من ذلك، يقوم ليزر DFB بدمج شبكة Bragg الدورية مباشرة داخل شريحة أشباه الموصلات. يوفر الشبكة ردود فعل بصرية انتقائية لطول الموجة والتي تقيد الليزر إلى وضع طولي واحد وتمنع جميع أوضاع الرنين المتنافسة.

بالمقارنة مع ليزر FP القياسي، يتميز ليزر DFB بالمزايا الرئيسية على النحو التالي:

· الانبعاث أحادي الوضع الطولي

· ضيق عرض الخط الطيفي البصري

· ارتفاع SMSR

· استقرار الطول الموجي متفوقة

نظرًا لهذه المزايا، تعد أشعة الليزر DFB مصادر الإشارة المفضلة للاتصالات الضوئية عالية السرعة وأنظمة DWDM واستشعار الألياف الضوئية وتطبيقات قياس الليزر.

لماذا نادرًا ما يعتمد ليزر المضخة عالية الطاقة شرائح DFB المستقلة؟ يثير العديد من ممارسي الصناعة سؤالًا طبيعيًا:

إذا كانت تقنية DFB توفر استقرارًا موثوقًا للطول الموجي، فلماذا تعتمد جميع المضخات الليزرية التي يبلغ طولها 980 نانومتر تقريبًا على حل FP+FBG؟

ويكمن السبب الأساسي في تباين أولويات الأداء الأساسية عبر سيناريوهات التطبيق المختلفة.

تعطي أجهزة إرسال الاتصالات الأولوية لنقل البيانات، مع متطلبات صارمة بشأن عرض الخط، وSMSR، وضوضاء الطور، ودقة الطول الموجي.

تم تصميم مصادر المضخات الخاصة بمضخمات الألياف المشبعة بالإربيوم (EDFAs) لتوفير خرج طاقة بصرية عالي مستمر وفعال. بالنسبة لمثل هذه المضخات، تحمل طاقة الخرج وكفاءة تحويل الطاقة والموثوقية على المدى الطويل وتكلفة التصنيع وزنًا أكبر من النقاء الطيفي العالي للغاية.

في حين أن رقائق DFB عالية الطاقة ممكنة من الناحية الفنية، فإن زيادة طاقة الإخراج تؤدي إلى تعقيد كبير في التصميم الفوقي للرقاقة، والإدارة الحرارية، والإنتاج الضخم، مما يؤدي إلى زيادة تكاليف الإنتاج والمساس بالاتساق من دفعة إلى أخرى.

بالنسبة لتطبيقات المضخات عالية الطاقة 980 نانومتر، تفضل الصناعة شرائح FP ذات هياكل أبسط بطبيعتها والتي تدعم التشغيل عالي الطاقة بسهولة، مقترنة بـ FBGs خارجية لقفل الطول الموجي للتشغيل.

آلية قفل الطول الموجي لـ FBGsA Fiber Bragg Grate (FBG) هي جزء من الألياف الضوئية مع تعديل معامل الانكسار الدوري منقوش في قلبها. السمة المميزة لها هي الانعكاسية العالية ضيقة النطاق المتمركزة على طول موجة براغ محدد، بينما ينتقل الضوء خارج نطاق المرور هذا دون عوائق.

في تكوين FP+FBG، يتم تصنيع FBG على ألياف ضفيرة الليزر لتشكيل تجويف رنين خارجي مع شريحة FP.

تقوم شريحة FP أولاً بإصدار إشعاعات تلقائية ومحفزة عريضة النطاق. مع انتشار الضوء في FBG، تنعكس الفوتونات القريبة من الطول الموجي المركزي المستهدف فقط مرة أخرى إلى تجويف FP من أجل التذبذب المستمر؛ يتم تصفية جميع الأطوال الموجية خارج النطاق.

ردود الفعل الانتقائية المتكررة تجبر الليزر على الليزر بثبات عند الطول الموجي لـ FBG's Bragg.

يعمل نظام قفل التجويف الخارجي هذا على تحسين الأداء الطيفي لأشعة الليزر FP العارية بشكل كبير، مما يوفر التحسينات التالية:

· استقرار الطول الموجي المركزي لليزر

· ضيق العرض الطيفي

· انخفاض الانجراف الحراري للطول الموجي

· تحسين مناعة الطول الموجي ضد قيادة التغيرات الحالية

وبالتالي فإن بنية FP+FBG توازن بين هدفين مهمين للأداء: طاقة خرج عالية وطول موجة ليزر مستقر. لماذا يعد قفل FBG عالميًا لمضخة ليزر 980 نانومتر؟ النشر الأساسي لمضخة ليزر 980 نانومتر هو أنظمة EDFA. تظهر أيونات الإربيوم ذروة كفاءة الامتصاص حوالي 976 نانومتر. سيؤدي الانجراف الشديد للطول الموجي لمصدر المضخة الناتج عن درجة الحرارة أو تيار القيادة إلى سلسلة من تدهور الأداء:

· انخفاض كفاءة امتصاص أيون الإربيوم

· انخفاض مكاسب التضخيم البصري

· ارتفاع مستوى الضوضاء

· تدهور الأداء العام للنظام

لذلك يجب أن تحافظ مضخة الليزر على استقرار دقيق وطويل الأمد للطول الموجي المركزي إلى جانب إنتاج الطاقة العالية. يحافظ تصميم FBG المقفل على طول موجة الليزر بإحكام حوالي 976 نانومتر مع الحفاظ على الطاقة الضوئية العالية والموثوقية القوية على المدى الطويل، مما يجعله الطريق التقني الأكثر نضجًا والمعتمد على نطاق واسع لوحدات المضخات التجارية عالية الطاقة 980 نانومتر. دليل الاختيار: ليزر DFB مقابل ليزر FP+FBG لا تتمتع أي من التصميمتين بالتفوق المطلق؛ تم تحسين كل منها لتلبية متطلبات التطبيقات المميزة.

كما هو موضح أعلاه، تتفوق أجهزة ليزر DFB كأجهزة إرسال إشارة عالية الجودة، في حين أن أجهزة FP+FBG مناسبة بشكل أفضل لتطبيقات المضخات التي تتطلب طاقة عالية وتشغيلًا مستقرًا للطول الموجي.

لا تعد أجهزة الليزر ذات التجويف الخارجي المعتمدة على DFB وFBG تقنيات متنافسة، ولكن هناك مساران تقنيان ناضجان تم تحسينهما لحالات الاستخدام المنفصلة.

بالنسبة لأنظمة الاتصالات الضوئية عالية السرعة، يظل ليزر DFB هو الحل الأمثل لجهاز الإرسال، حيث يستفيد من عرض الخط الضيق وSMSR العالي واستقرار الطول الموجي الاستثنائي.

بالنسبة إلى ليزر المضخة عالي الطاقة 980 نانومتر، يحقق مخطط FP+FBG طاقة إنتاج عالية وأداء تبديد حراري فائق وقدرة تنافسية من حيث التكلفة مع الحفاظ على دقة قفل الطول الموجي الكافية، وهو ما يمثل موقعه المهيمن في السوق اليوم.

لا توجد تقنية ليزر متفوقة عالميًا لجميع السيناريوهات - فقط الحل الأمثل المصمم خصيصًا لمتطلبات النظام المحددة. يتيح إتقان منطق التصميم الكامن وراء البنى التقنية المختلفة تحديدًا دقيقًا لمصدر الليزر بما يتوافق مع مواصفات النظام لديك.