เหตุใดการล็อคความยาวคลื่น FBG จึงยังคงโดดเด่นสำหรับเลเซอร์ปั๊มกำลังสูง 980 นาโนเมตร

เหตุใดการล็อคความยาวคลื่น FBG จึงยังคงโดดเด่นสำหรับเลเซอร์ปั๊มกำลังสูง 980 นาโนเมตร แม้ว่าเลเซอร์ DFB จะให้ความเสถียรของความยาวคลื่นที่ยอดเยี่ยมในการสื่อสารแบบออปติคัล เลเซอร์ Distributed Feedback (DFB) ทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดแสงกระแสหลักสำหรับการส่งสัญญาณความเร็วสูง DWDM การสื่อสารที่ต่อเนื่องกัน และระบบการวัดเชิงแสงที่มีความแม่นยำ ต้องขอบคุณเส้นตรงที่แคบ การทำงานในโหมดแนวยาวเดียว อัตราส่วนปราบปรามโหมดด้านข้างสูง (SMSR) และความเสถียรของความยาวคลื่นที่โดดเด่น

อย่างไรก็ตาม เมื่อพูดถึงปั๊มเลเซอร์กำลังสูงที่ทำงานที่ 980 นาโนเมตรและ 1480 นาโนเมตร ผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ใช้เลเซอร์ Fabry-Perot (FP) บวกกับสถาปัตยกรรมการล็อคความยาวคลื่น Fiber Bragg Grating (FBG) แทนเลเซอร์ DFB แบบสแตนด์อโลน

บทความนี้วิเคราะห์ว่าทำไมเลเซอร์ DFB ถึงแม้จะมีความสามารถในการล็อคความยาวคลื่นที่เหนือกว่า แต่ก็ล้มเหลวในการครองตลาดเลเซอร์ปั๊มกำลังสูงจากสามมิติ ได้แก่ โครงสร้างชิปเลเซอร์ ประสิทธิภาพพลังงาน และข้อกำหนดการใช้งาน เลเซอร์ DFB บรรลุเอาต์พุตความยาวคลื่นที่เสถียรได้อย่างไร ช่องเรโซแนนซ์ของเลเซอร์ FP ทั่วไปนั้นถูกสร้างขึ้นโดยด้านที่แยกออกสองด้านของชิป แม้ว่าเลเซอร์ FP จะประดิษฐ์ได้ง่ายและมีต้นทุนต่ำ แต่เลเซอร์ FP ก็ประสบปัญหาการเคลื่อนตัวของความยาวคลื่นอย่างรุนแรงซึ่งเกิดจากการแปรผันของอุณหภูมิ การขับเคลื่อนความผันผวนของกระแสไฟ และการป้อนกลับทางแสงภายนอก ซึ่งมักจะสั่นข้ามโหมดตามยาวหลายโหมดพร้อมกัน

ในทางตรงกันข้าม เลเซอร์ DFB จะรวมตะแกรง Bragg เป็นระยะๆ โดยตรงภายในชิปเซมิคอนดักเตอร์ ตะแกรงให้การตอบสนองเชิงแสงแบบเลือกความยาวคลื่นที่จำกัดการเลเซอร์ให้อยู่ในโหมดตามยาวเดียว และระงับโหมดเรโซแนนซ์ที่แข่งขันกันทั้งหมด

เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์ FP มาตรฐาน เลเซอร์ DFB มีข้อดีหลักๆ ดังต่อไปนี้:

·การปล่อยโหมดเดี่ยวตามยาว

· เส้นสเปกตรัมแสงแคบ

· SMSR สูง

· ความเสถียรของความยาวคลื่นที่เหนือกว่า

ด้วยข้อดีเหล่านี้ เลเซอร์ DFB จึงเป็นแหล่งสัญญาณที่ต้องการสำหรับการสื่อสารด้วยแสงความเร็วสูง ระบบ DWDM และการตรวจจับด้วยไฟเบอร์ออปติกและแอปพลิเคชันมาตรวิทยาเลเซอร์

เหตุใดเลเซอร์ปั๊มกำลังสูงจึงไม่ค่อยใช้ชิป DFB แบบสแตนด์อโลน ผู้ปฏิบัติงานในอุตสาหกรรมจำนวนมากตั้งคำถามโดยธรรมชาติ:

หากเทคโนโลยี DFB ให้การรักษาเสถียรภาพของความยาวคลื่นที่เชื่อถือได้ ทำไมเลเซอร์ปั๊ม 980 นาโนเมตรเกือบทั้งหมดจึงใช้โซลูชัน FP+FBG

เหตุผลหลักอยู่ที่ลำดับความสำคัญของประสิทธิภาพหลักที่แตกต่างกันในสถานการณ์แอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน

เครื่องส่งสัญญาณการสื่อสารจัดลำดับความสำคัญในการส่งข้อมูล โดยมีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับความกว้างของเส้น, SMSR, สัญญาณรบกวนเฟส และความแม่นยำของความยาวคลื่น

แหล่งปั๊มสำหรับเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบเจือเออร์เบียม (EDFA) ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้เอาท์พุตพลังงานแสงสูงที่ต่อเนื่องและมีประสิทธิภาพ สำหรับปั๊มดังกล่าว กำลังขับ ประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน ความน่าเชื่อถือในระยะยาว และต้นทุนการผลิตมีน้ำหนักมากกว่าความบริสุทธิ์ทางสเปกตรัมสูงเป็นพิเศษ

แม้ว่าชิป DFB กำลังสูงจะเป็นไปได้ในทางเทคนิค แต่การขยายกำลังเอาต์พุตทำให้เกิดความซับซ้อนอย่างมากในการออกแบบชิปแบบเอพิแทกเซียล การจัดการความร้อน และการผลิตจำนวนมาก ส่งผลให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้น และกระทบต่อความสม่ำเสมอของแบทช์ต่อแบทช์

สำหรับการใช้งานปั๊มกำลังสูง 980 นาโนเมตร อุตสาหกรรมจึงนิยมใช้ชิป FP ที่มีโครงสร้างที่เรียบง่ายกว่าซึ่งพร้อมรองรับการทำงานกำลังสูง โดยจับคู่กับ FBG ภายนอกเพื่อล็อคความยาวคลื่นในการทำงาน

กลไกการล็อคความยาวคลื่นของ FBGsA Fiber Bragg Grating (FBG) เป็นส่วนหนึ่งของใยแก้วนำแสงที่มีการมอดูเลตดัชนีการหักเหของแสงเป็นระยะที่ฝังอยู่ในแกนกลาง คุณลักษณะที่กำหนดคือการสะท้อนแสงสูงในแถบแคบซึ่งมีศูนย์กลางอยู่ที่ความยาวคลื่น Bragg ที่กำหนด ในขณะที่แสงที่อยู่นอกแถบผ่านนี้ส่งผ่านโดยไม่มีสิ่งกีดขวาง

ในการกำหนดค่า FP+FBG นั้น FBG ถูกสร้างขึ้นบนเส้นใยหางเปียของเลเซอร์เพื่อสร้างช่องเรโซแนนซ์ภายนอกร่วมกับชิป FP

ชิป FP จะปล่อยรังสีบรอดแบนด์ที่เกิดขึ้นเองและถูกกระตุ้นเป็นครั้งแรก เมื่อแสงแพร่กระจายเข้าสู่ FBG มีเพียงโฟตอนที่ใกล้กับความยาวคลื่นกลางเป้าหมายเท่านั้นที่สะท้อนกลับเข้าไปในช่อง FP เพื่อการแกว่งที่ยั่งยืน ความยาวคลื่นนอกแบนด์ทั้งหมดจะถูกกรองออก

การป้อนกลับแบบเลือกซ้ำหลายครั้งจะบังคับให้เลเซอร์เลเซอร์เลเซอร์อย่างเสถียรที่ความยาวคลื่น Bragg ของ FBG

รูปแบบการล็อคช่องภายนอกนี้เพิ่มประสิทธิภาพสเปกตรัมของเลเซอร์ FP เปลือยได้อย่างมาก โดยให้การปรับปรุงต่อไปนี้:

· ความยาวคลื่นเลเซอร์ส่วนกลางที่เสถียร

· ความกว้างสเปกตรัมแคบลง

· ลดการเบี่ยงเบนความร้อนของความยาวคลื่น

· ปรับปรุงภูมิคุ้มกันความยาวคลื่นต่อการขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงของกระแส

ดังนั้น สถาปัตยกรรม FP+FBG จึงสร้างสมดุลระหว่างเป้าหมายด้านประสิทธิภาพที่สำคัญสองประการ: กำลังเอาต์พุตสูงและความยาวคลื่นเลเซอร์ที่เสถียร เหตุใดการล็อค FBG จึงเป็นสากลสำหรับเลเซอร์ปั๊ม 980 นาโนเมตร การใช้งานเบื้องต้นของเลเซอร์ปั๊ม 980 นาโนเมตรคือระบบ EDFA ไอออนของเออร์เบียมแสดงประสิทธิภาพการดูดซับสูงสุดประมาณ 976 นาโนเมตร การเบี่ยงเบนของความยาวคลื่นอย่างรุนแรงของแหล่งกำเนิดปั๊มที่ถูกกระตุ้นโดยอุณหภูมิหรือกระแสขับจะนำไปสู่การลดประสิทธิภาพลงเป็นลำดับ:

· ประสิทธิภาพการดูดซับไอออนของเออร์เบียมลดลง

· อัตราการขยายแสงที่ต่ำกว่า

· รูปเสียงรบกวนที่เพิ่มขึ้น

· ประสิทธิภาพโดยรวมของระบบลดลง

เลเซอร์ปั๊มจึงต้องรักษาเสถียรภาพของความยาวคลื่นกลางที่แม่นยำในระยะยาวควบคู่ไปกับกำลังขับที่สูง การออกแบบที่ล็อคด้วย FBG จะรักษาความยาวคลื่นเลเซอร์ไว้อย่างแน่นหนาที่ประมาณ 976 นาโนเมตร ในขณะที่ยังคงรักษาพลังงานแสงสูงและความน่าเชื่อถือในระยะยาว ทำให้กลายเป็นเส้นทางทางเทคนิคที่เติบโตเต็มที่และนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับโมดูลปั๊มกำลังสูงเชิงพาณิชย์ขนาด 980 นาโนเมตร คู่มือการเลือก: DFB Laser กับ FP+FBG Laser ทั้งสองสถาปัตยกรรมไม่มีความเหนือกว่าอย่างแน่นอน แต่ละอันได้รับการปรับให้เหมาะกับความต้องการใช้งานที่แตกต่างกัน

ดังที่แสดงไว้ข้างต้น เลเซอร์ DFB มีคุณสมบัติเป็นเลิศในฐานะเครื่องส่งสัญญาณคุณภาพสูง ในขณะที่อุปกรณ์ FP+FBG เหมาะกว่าสำหรับการใช้งานปั๊มที่ต้องการกำลังสูงและการทำงานของความยาวคลื่นที่เสถียร

เลเซอร์โพรงภายนอกที่ใช้ DFB และ FBG ไม่ใช่เทคโนโลยีที่แข่งขันกัน แต่เป็นเส้นทางทางเทคนิคที่สมบูรณ์สองเส้นทางที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมสำหรับกรณีการใช้งานที่แยกจากกัน

สำหรับระบบการสื่อสารด้วยแสงความเร็วสูง เลเซอร์ DFB ยังคงเป็นโซลูชันเครื่องส่งสัญญาณที่ดีที่สุด โดยใช้ประโยชน์จากเส้นตรงที่แคบ SMSR สูง และความเสถียรของความยาวคลื่นที่ยอดเยี่ยม

สำหรับปั๊มเลเซอร์กำลังสูง 980 นาโนเมตร โครงการ FP+FBG ให้กำลังเอาต์พุตสูง ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนที่เหนือกว่า และความสามารถในการแข่งขันด้านต้นทุน ขณะเดียวกันก็รักษาความแม่นยำในการล็อคความยาวคลื่นที่เพียงพอ ซึ่งถือเป็นตำแหน่งทางการตลาดที่โดดเด่นในปัจจุบัน

ไม่มีเทคโนโลยีเลเซอร์ที่เหนือกว่าระดับสากลสำหรับทุกสถานการณ์ มีเพียงโซลูชันที่ดีที่สุดที่ปรับให้เหมาะกับความต้องการของระบบเฉพาะเท่านั้น การเรียนรู้ลอจิกการออกแบบที่อยู่เบื้องหลังสถาปัตยกรรมทางเทคนิคที่แตกต่างกัน ช่วยให้สามารถเลือกแหล่งเลเซอร์ที่แม่นยำซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดเฉพาะของระบบของคุณ