Come convertire un diodo laser in un laser a semiconduttore sintonizzabile

La conversione dei diodi laser in laser a semiconduttore sintonizzabili migliora significativamente la precisione e la stabilità dei sistemi di misurazione attraverso la selezione e il controllo precisi della lunghezza d'onda. Ciò è particolarmente importante per applicazioni ad alta precisione come analisi spettroscopiche, misurazioni di precisione e ricerca scientifica.

Diodi laser
I diodi laser sono sottocomponenti consolidati in vari prodotti di consumo, come puntatori laser, lettori di codici a barre o unità CD/DVD/Blu-ray. Il loro successo deriva dalla compattezza, dalla facilità di funzionamento, dall'elevata efficienza di conversione e dall'elevato rapporto costo-prestazioni. Tuttavia, lo spettro di emissione dei diodi laser nudi è ampio e la lunghezza d'onda del laser non è ben definita.

Tipicamente, le due superfici terminali di un tubo laser a semiconduttore formano una cavità risonante e determinano la modalità laser (longitudinale). L'ampia curva di guadagno del semiconduttore supporta più modalità contemporaneamente, ciascuna con una frequenza diversa. Anche i diodi con una singola modalità longitudinale possono mostrare salti di modalità e fasci di uscita spettralmente instabili a piccoli cambiamenti nella temperatura del chip o nella corrente del driver.

Laser a semiconduttore sintonizzabili

I laser a semiconduttore sintonizzabili a frequenza singola sono costituiti da un diodo laser e un modulo selettivo di frequenza, come un reticolo, per la selezione e la sintonizzazione della frequenza laser. Siamo in grado di fornire lunghezze d'onda da 190 nm a 4000 nm, con larghezza di linea ridotta e sintonizzabilità - fino a 120 nm sintonizzabilità senza hop in modalità in alcuni sistemi. Questi laser possono essere amplificati con amplificatori autonomi o integrati in amplificatori di potenza dell'oscillatore principale (MOPA) completi fino a 4 W. La maggior parte dei sistemi di amplificazione laser utilizza amplificatori conici. È possibile ottenere una copertura spettrale più ampia con laser a frequenza raddoppiata, da 190 nm a 680 nm, con potenze fino a 1 W. Le caratteristiche più importanti di tutti questi sistemi laser sono il basso rumore (basso rumore RIN e larghezza di linea ridotta) e la bassa deriva. Queste eccellenti caratteristiche dipendono da circuiti driver laser estremamente buoni. Per ottenere una maggiore stabilità del laser, la larghezza di linea può essere ridotta a 1 Hz utilizzando diversi tipi di moduli di bloccaggio della frequenza laser, che possono essere controllati da comodi circuiti digitali.

Selezione della modalità
Introducendo un feedback selettivo in frequenza nella cavità del laser, è possibile ottenere eccellenti proprietà del laser a semiconduttore come larghezza di linea di emissione ridotta, ampia lunghezza di coerenza, selezione precisa della lunghezza d'onda e sintonizzazione o stabilizzazione della frequenza di emissione. JTBYShield offre due laser a semiconduttore a frequenza singola sintonizzabili. Entrambi utilizzano strutture a reticolo per selezionare e controllare la frequenza di emissione. Uno è un laser a semiconduttore a cavità esterna stabilizzato a reticolo (ECDL).

Contiene un reticolo ottico montato davanti al diodo laser come prima faccia della cavità risonante, mentre la seconda faccia della cavità risonante è la parte posteriore del diodo, il tubo laser e l'elemento di feedback formano la "cavità risonante esterna".

Diagramma schematico del laser a semiconduttore a cavità esterna

Un altro approccio sono i diodi laser con reticoli integrati nel semiconduttore stesso: tubi laser a semiconduttore a feedback distribuito (DFB) e riflettore di Bragg distribuito (DBR).

Il filtro a reticolo, la curva di guadagno del semiconduttore, la modalità tubo laser a semiconduttore interno e (se applicabile) la modalità cavità esterna determinano la modalità laser. Per un funzionamento monomodale stabile sono necessari un controllo preciso della temperatura e della corrente e un corretto abbinamento dei componenti.

Selezione della modalità nei laser a diodi a cavità esterna

Diagramma schematico del laser a semiconduttore a cavità esterna

Schema del diodo laser DBR

Sintonizzazione della lunghezza d'onda

I diodi DFB e DBR possono essere sintonizzati in lunghezza d'onda regolando la corrente e/o la temperatura del tubo laser a semiconduttore. Possono essere sintonizzati di circa 1-2 nm senza alcun salto di modalità.

Per modificare la lunghezza d'onda dell'ECDL, è necessario modificare la risposta spettrale del dispositivo modale, ad esempio modificando l'angolo di incidenza sul reticolo. Operando nella modalità in cui il guadagno totale è massimo, il laser passa a un'altra modalità longitudinale ed emette ad una nuova lunghezza d'onda.

La regolazione fine della lunghezza d'onda del laser si ottiene modificando la lunghezza della cavità esterna, che cambia la modalità longitudinale corrente supportata dal funzionamento monomodale del laser.

Accordatura senza hop

Laser DL Pro

L'ampio intervallo di accordatura senza hop di modalità è determinato dall'accordatura coordinata di molteplici fattori. I nostri laser DL pro raggiungono un'ampia sintonizzazione senza salti di frequenza modificando contemporaneamente l'angolo del reticolo, la lunghezza della cavità esterna e la corrente del tubo laser a semiconduttore per ottenere una sincronizzazione ottimale. La sintonizzazione mode-hop-free di DL pro è tipicamente 20-50 GHz, con una struttura robusta e quasi monomerica per ottenere condizioni di lavoro stabili.

Campi di applicazione
1. Applicazione nel campo della comunicazione
I laser a semiconduttore sintonizzabili svolgono un ruolo chiave nei sistemi di comunicazione ottica, in particolare nei sistemi WDM (wavelength division multiplexing) e DWDM (dense wavelength division multiplexing). La sua capacità di sintonizzazione della lunghezza d'onda gli consente di adattarsi in modo flessibile alle esigenze di diversi canali, migliorando la capacità di trasmissione e l'efficienza della rete.
2. Applicazione in campo medico
In campo medico, i laser a semiconduttore sintonizzabili sono ampiamente utilizzati nella chirurgia ad alta precisione, nella terapia laser e nell'imaging biomedico. Il suo preciso controllo della lunghezza d'onda e l'elevata stabilità lo rendono la scelta ideale per applicazioni quali chirurgia oftalmica, trattamento dermatologico e trattamento del cancro.
3. Applicazione nella ricerca scientifica
I laser a semiconduttore sintonizzabili hanno importanti applicazioni nella ricerca scientifica, come l'analisi spettrale, la misurazione di precisione e la ricerca sull'ottica quantistica. La sua larghezza di linea ridotta e il rapporto di soppressione della modalità laterale elevata lo rendono eccellente nella misurazione spettrale ad alta risoluzione e nei requisiti di sorgente laser a basso rumore.
4. Misurazione ad alta precisione
L'applicazione dei laser a semiconduttore sintonizzabili nella misurazione ad alta precisione comprende la misurazione della distanza, la misurazione della velocità e la misurazione della deformazione. Le sue caratteristiche di elevata coerenza e larghezza di linea ridotta consentono ai sistemi di misurazione interferometrici di raggiungere precisione e stabilità di misurazione estremamente elevate.
5. Analisi spettrale
Quando i laser a semiconduttore sintonizzabili vengono utilizzati per l'analisi spettrale, possono fornire dati spettrali ad alta risoluzione e alta sensibilità. Le loro applicazioni nel monitoraggio ambientale, nell'analisi chimica e nel biosensing aiutano a rilevare componenti in tracce e ad analizzare campioni complessi.
6. Interferometria a scansione di frequenza ottica
L'applicazione di laser a semiconduttore sintonizzabili nell'interferometria a scansione di frequenza ottica consente di ottenere la misurazione della distanza assoluta del bersaglio modificando la frequenza laser. La sua alta precisione e la lunga lunghezza di coerenza lo rendono ampiamente utilizzato nella mappatura del terreno e nell'esplorazione spaziale.

La conversione dei diodi laser in laser a semiconduttore sintonizzabili introduce meccanismi di feedback selettivi in ​​frequenza per ottenere la selezione della modalità, utilizza strutture a reticolo (come reticoli a cavità esterna e reticolo DFB/DBR integrato) per controllare la sintonizzazione della lunghezza d'onda e ottimizza la stabilità dell'uscita laser e della modalità -Gamma di sintonizzazione senza hop attraverso metodi di sintonizzazione sincroni. Queste innovazioni non solo migliorano la precisione e la stabilità dei sistemi laser, ma espandono anche il loro potenziale applicativo nella misurazione ad alta precisione, nell'analisi spettrale e nell'interferometria a scansione di frequenza ottica.

JTBYShieldfornisce laser a semiconduttore sintonizzabili a frequenza singola ad alte prestazioni che possono essere utilizzati in applicazioni quali spettroscopia laser, biofotonica, fisica quantistica fondamentale e rilevamento/metrologia di semiconduttori.Se sei interessato, non esitare a contattarci per ulteriori dettagli sul prodotto.

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