การประยุกต์ใช้ FBG ในการล็อคความยาวคลื่นของเลเซอร์ไดโอด

Fiber Bragg Gratings (FBGs) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานต่างๆ ที่ต้องการความแม่นยำและความเสถียรของความยาวคลื่นสูงสำหรับไดโอดเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ FBG มีข้อดีมากมาย รวมถึงความเสถียรทางความร้อนสูง การบูรณาการที่ง่ายดาย และความอเนกประสงค์ที่แข็งแกร่ง ซึ่งทั้งหมดนี้ได้อธิบายรายละเอียดไว้ในบทความนี้แล้ว

เลเซอร์ที่มีเส้นตรงแคบและความยาวคลื่นคงที่มีบทบาทสำคัญในหลายๆ ด้าน เช่น การตรวจจับ การรักษาทางการแพทย์ การวิเคราะห์สเปกตรัม การสร้างภาพ และโทรคมนาคม แม้ว่าเลเซอร์ Distributed Bragg Reflector (DBR) และเลเซอร์ Distributed Feedback (DFB) จะให้ประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยม แต่ต้นทุนการผลิตยังสูงกว่าเลเซอร์ไดโอด Fabry-Perot (FP) เนื่องจากต้องมีการทดสอบแยกกันก่อนบรรจุภัณฑ์

นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับตะแกรงท่อนำคลื่นที่ใช้ในเลเซอร์ DFB และ DBR แล้ว FBG ให้ความเสถียรและความแม่นยำของความยาวคลื่นที่เหนือกว่า Volume Bragg Gratings (VBG) สามารถใช้เป็นทางเลือกแทน FBG ในการใช้งานบางประเภท แต่ FBG ยังมีข้อได้เปรียบในด้านเสถียรภาพทางความร้อน ความเรียบง่ายในการบูรณาการ และความคล่องตัว

การล็อคความยาวคลื่นของปั๊มที่ใช้ FBG

เลเซอร์ปั๊มเซมิคอนดักเตอร์ที่มีกำลังเอาต์พุตสูงและมีความยาวคลื่นคงที่มีบทบาทสำคัญในเลเซอร์ไฟเบอร์สมัยใหม่ เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ และเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ Raman เนื่องจากตัวกลางที่ได้รับเลเซอร์มีความไวสูงต่อความผันผวนของความยาวคลื่นของปั๊ม เลเซอร์ของปั๊มเซมิคอนดักเตอร์ความยาวคลื่นที่มีความเสถียร FBG จึงกลายเป็นโซลูชันกระแสหลักในตลาด

รูปที่ 1 แสดงโครงสร้างของโมดูลเลเซอร์ปั๊มล็อคความยาวคลื่น FBG ทั่วไป ในการใช้งานดังกล่าว FBG จะถูกจารึกไว้บนเส้นใยผมเปียของเลเซอร์ปั๊ม ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ระยะ 50 ซม. ถึง 2 ม. จากชิปเลเซอร์

ระบบใช้ส่วนประกอบออปติกคอลลิเมตติ้งหรือผมเปียไฟเบอร์แบบเลนส์เพื่อจับคู่แสงที่ปล่อยออกมาจากชิปเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เข้ากับผมเปียโหมดเดี่ยวอย่างมีประสิทธิภาพ

ตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์สร้างกลไกป้อนกลับภายนอก เพื่อรักษาเสถียรภาพความยาวคลื่นเลเซอร์ใกล้กับความยาวคลื่นกลาง FBG และลดความกว้างสเปกตรัมเอาท์พุตของเลเซอร์ให้แคบลง ด้วยวิธีนี้ โมดูลเลเซอร์ของปั๊มจึงมีทั้งประสิทธิภาพของปั๊มสูงและความเสถียรที่ยอดเยี่ยม

รูปที่ 1 โมดูลปั๊ม FBG

FBG สำหรับการรักษาเสถียรภาพความยาวคลื่นของเลเซอร์ไดโอด

การสร้างเลเซอร์โพรงภายนอกโดยใช้ Fiber Bragg Grating (FBG) เป็นโซลูชันที่คุ้มค่าในการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเลเซอร์ต้นทุนต่ำ ดังแสดงในรูปที่ 1 FBG จะถูกจารึกไว้ในผมเปียไฟเบอร์ ซึ่งมักจะอยู่ใกล้กับชิปเปล่งแสง ทำให้เกิดช่องเลเซอร์ภายนอก

เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์ไดโอด Fabry-Perot ทั่วไป เลเซอร์โพรงภายนอกที่ใช้ FBG ไม่เพียงแต่มีความกว้างของเส้นที่แคบกว่าเท่านั้น แต่ยังแสดงการปราบปรามการเคลื่อนตัวของความยาวคลื่นที่แข็งแกร่งขึ้นซึ่งเกิดจากการแปรผันของอุณหภูมิหรือกระแสไฟของไดรฟ์ ซึ่งเป็นปัจจัยทั่วไปสองประการที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพในไดโอดเลเซอร์

การเลือก FBG และพารามิเตอร์หลัก

เพื่อให้มั่นใจในการล็อคหรือรักษาเสถียรภาพของความยาวคลื่นคลื่นที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ ผู้ผลิตเลเซอร์จะต้องเลือก FBG ที่ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพหลัก

ผู้ผลิตเลเซอร์ไดโอดควรเลือกซัพพลายเออร์ FBG ที่เชื่อถือได้และเชี่ยวชาญทางเทคนิค ซึ่งสามารถเสนอความยาวคลื่นและการกำหนดค่าได้หลากหลาย รวมถึงประเภทไฟเบอร์ ไฟเบอร์แบบรักษาโพลาไรเซชัน (PM) หรือไฟเบอร์แบบไม่รักษาโพลาไรเซชัน ขนาด และอื่นๆ

บทสรุป

ด้วยความเสถียรทางความร้อนที่สูง ความเข้ากันได้ในการบูรณาการที่ยอดเยี่ยม ความหลากหลายในสถานการณ์ และความสามารถในการควบคุมความยาวคลื่นที่แม่นยำ Fiber Bragg Grating (FBG) ได้กลายเป็นองค์ประกอบหลักสำหรับการล็อคและการรักษาเสถียรภาพความยาวคลื่นที่มีความแม่นยำสูงในการใช้งานเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นการล็อคความยาวคลื่นในเลเซอร์ปั๊มกำลังสูง หรือการอัปเกรดประสิทธิภาพของโมดูลเลเซอร์ต้นทุนต่ำ FBG ประสบความสำเร็จในการล็อคความยาวคลื่นที่แม่นยำและการลดความกว้างของเส้นด้วยการปรับกลไกป้อนกลับภายนอกให้เหมาะสม ขณะเดียวกันก็ต้านทานการรบกวนภายนอก เช่น อุณหภูมิและการแปรผันของกระแสขับเคลื่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ