ఫైబర్ కపుల్డ్ సెమీకండక్టర్ లేజర్

నిర్వచనం: ఒక డయోడ్ లేజర్, దీనిలో ఉత్పత్తి చేయబడిన కాంతి ఆప్టికల్ ఫైబర్‌గా జతచేయబడుతుంది.

అనేక సందర్భాల్లో, డయోడ్ లేజర్ నుండి అవుట్‌పుట్ కాంతిని ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లోకి జత చేయడం అవసరం, తద్వారా కాంతి అవసరమైన చోటికి ప్రసారం చేయబడుతుంది. ఫైబర్-కపుల్డ్ సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లు క్రింది ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నాయి:

1. ఆప్టికల్ ఫైబర్ నుండి విడుదలయ్యే కాంతి యొక్క తీవ్రత వక్రత సాధారణంగా మృదువైన మరియు వృత్తాకారంగా ఉంటుంది మరియు బీమ్ నాణ్యత సుష్టంగా ఉంటుంది, ఇది అప్లికేషన్‌లో చాలా సౌకర్యవంతంగా ఉంటుంది. ఉదాహరణకు, ఎండ్-పంప్డ్ సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్‌ల కోసం వృత్తాకార పంప్ స్పాట్‌లను రూపొందించడానికి తక్కువ సంక్లిష్ట ఆప్టిక్స్ ఉపయోగించబడతాయి.

2. లేజర్ డయోడ్ మరియు దాని శీతలీకరణ పరికరం సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్ హెడ్ నుండి తీసివేయబడితే, లేజర్ చాలా చిన్నదిగా మారుతుంది మరియు ఇతర ఆప్టికల్ భాగాలను ఉంచడానికి తగినంత స్థలం ఉంటుంది.

3. అర్హత లేని ఆప్టికల్ కపుల్డ్ సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లను భర్తీ చేయడం వలన పరికరం యొక్క అమరికను మార్చాల్సిన అవసరం లేదు.

4. ఆప్టికల్ కప్లింగ్ పరికరం ఇతర ఫైబర్ ఆప్టిక్ పరికరాలతో కలిపి ఉపయోగించడం సులభం.

ఫైబర్ కపుల్డ్ సెమీకండక్టర్ లేజర్ రకాలు

అనేక పూర్తయిన డయోడ్ లేజర్‌లు ఫైబర్-కపుల్డ్, లేజర్ ప్యాకేజీలో చాలా బలమైన ఫైబర్-కపుల్డ్ ఆప్టిక్‌లను కలిగి ఉంటాయి. వేర్వేరు డయోడ్ లేజర్‌లు వేర్వేరు ఫైబర్‌లు మరియు సాంకేతికతలను ఉపయోగిస్తాయి.

సరళమైన సందర్భం ఏమిటంటే, VCSEL (వర్టికల్ కేవిటీ సర్ఫేస్ రేడియేషన్ లేజర్) సాధారణంగా చాలా ఎక్కువ పుంజం నాణ్యత, మధ్యస్థ బీమ్ డైవర్జెన్స్, ఆస్టిగ్మాటిజం మరియు వృత్తాకార తీవ్రత పంపిణీతో ఒక బీమ్‌ను ప్రసరిస్తుంది. రేడియేషన్ స్పాట్‌ను సింగిల్-మోడ్ ఫైబర్ యొక్క కోర్‌లోకి చిత్రించడానికి సాధారణ గోళాకార లెన్స్ అవసరం. కలపడం సామర్థ్యం 70-80% చేరుకుంటుంది. ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లను VCSEL యొక్క రేడియేటింగ్ ఉపరితలంలోకి నేరుగా జత చేయవచ్చు.

చిన్న అంచు-ఉద్గార లేజర్ డయోడ్‌లు కూడా ఒకే ప్రాదేశిక మోడ్‌ను ప్రసరింపజేస్తాయి మరియు అందువల్ల సూత్రప్రాయంగా, సింగిల్-మోడ్ ఫైబర్‌లుగా సమర్థవంతంగా జతచేయవచ్చు. అయినప్పటికీ, ఒక సాధారణ గోళాకార కటకాన్ని మాత్రమే ఉపయోగించినట్లయితే, పుంజం యొక్క దీర్ఘవృత్తాకారత కలపడం సామర్థ్యాన్ని బాగా తగ్గిస్తుంది. మరియు బీమ్ డైవర్జెన్స్ కోణం కనీసం ఒక దిశలో సాపేక్షంగా పెద్దది, కాబట్టి లెన్స్ సాపేక్షంగా పెద్ద సంఖ్యా ద్వారం కలిగి ఉండాలి. మరొక సమస్య డయోడ్ యొక్క అవుట్‌పుట్ లైట్‌లో ఉన్న ఆస్టిగ్మాటిజం, ప్రత్యేకించి గెయిన్-గైడెడ్ డయోడ్, ఇది అదనపు స్థూపాకార లెన్స్‌ని ఉపయోగించడం ద్వారా భర్తీ చేయబడుతుంది. అవుట్‌పుట్ పవర్ అనేక వందల మిల్లీవాట్‌లకు చేరుకుంటే, ఎర్బియం-డోప్డ్ ఫైబర్ యాంప్లిఫైయర్‌లను పంప్ చేయడానికి ఫైబర్-కపుల్డ్ గెయిన్-గైడెడ్ లేజర్ డయోడ్‌లను ఉపయోగించవచ్చు.

మూర్తి 2: సాధారణ తక్కువ-శక్తి ఫైబర్-కపుల్డ్ ఎడ్జ్-ఎమిటింగ్ లేజర్ డయోడ్ యొక్క స్కీమాటిక్. లేజర్ డయోడ్ యొక్క ఉపరితలం నుండి ఫైబర్ కోర్పైకి విడుదలయ్యే కాంతిని చిత్రించడానికి గోళాకార లెన్స్ ఉపయోగించబడుతుంది. బీమ్ ఎలిప్టిసిటీ మరియు ఆస్టిగ్మాటిజం కలపడం సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తాయి.

పెద్ద-ప్రాంత లేజర్ డయోడ్‌లు రేడియేషన్ దిశలో ప్రాదేశికంగా బహుళ-మోడ్‌గా ఉంటాయి. మీరు వృత్తాకార పుంజాన్ని స్థూపాకార కటకం ద్వారా ఆకృతి చేసి (ఉదాహరణకు, ఫిగర్ 3లో చూపిన విధంగా ఫైబర్ లెన్స్) ఆపై మల్టీమోడ్ ఫైబర్‌ను నమోదు చేస్తే, అధిక-నాణ్యత పుంజం వేగవంతమైన అక్షం దిశలో ఉన్నందున చాలా ప్రకాశం కోల్పోతుంది. నాణ్యత ఉపయోగించబడదు. ఉదాహరణకు, 1W శక్తితో కాంతి 50 మైక్రాన్ల కోర్ వ్యాసం మరియు 0.12 సంఖ్యా ఎపర్చరుతో మల్టీమోడ్ ఫైబర్‌లోకి ప్రవేశించగలదు. మైక్రోచిప్ లేజర్ వంటి తక్కువ-పవర్ బల్క్ లేజర్‌ను పంప్ చేయడానికి ఈ కాంతి సరిపోతుంది. 10W కాంతిని విడుదల చేయడం కూడా సాధ్యమే.

మూర్తి 3: సాధారణ ఆప్టికల్ కపుల్డ్ లార్జ్-ఏరియా లేజర్ డయోడ్ యొక్క స్కీమాటిక్. వేగవంతమైన అక్షం దిశలో కాంతిని కొలిమేట్ చేయడానికి ఫైబర్ ఆప్టిక్ లెన్సులు ఉపయోగించబడతాయి.

మెరుగైన బ్రాడ్‌బ్యాండ్ లేజర్ సాంకేతికత ఏమిటంటే, బీమ్‌ను కాల్చే ముందు సుష్ట బీమ్ నాణ్యత (బీమ్ వ్యాసార్థం మాత్రమే కాదు) ఉండేలా ఆకృతి చేయడం. దీని వలన అధిక ప్రకాశం కూడా వస్తుంది.

డయోడ్ శ్రేణులలో, అసమాన బీమ్ నాణ్యత సమస్య మరింత తీవ్రమైనది. ప్రతి ట్రాన్స్‌మిటర్ యొక్క అవుట్‌పుట్ ఫైబర్ బండిల్‌లో వేరే ఫైబర్‌తో జతచేయబడవచ్చు. ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లు డయోడ్ శ్రేణికి ఒకవైపు సరళంగా అమర్చబడి ఉంటాయి, అయితే అవుట్‌పుట్ చివరలు వృత్తాకార శ్రేణిలో అమర్చబడి ఉంటాయి. బీమ్‌ను మల్టీమోడ్ ఫైబర్‌లోకి ప్రారంభించే ముందు సుష్ట బీమ్ నాణ్యతను సాధించడానికి బీమ్ షేపర్‌ని ఉపయోగించవచ్చు. ఇది 30W కాంతిని 0.22 సంఖ్యా ద్వారంతో 200 మైక్రాన్ల వ్యాసం కలిగిన ఫైబర్‌లో కలపడానికి అనుమతిస్తుంది. ఈ పరికరం సుమారు 15W అవుట్‌పుట్ శక్తిని పొందేందుకు Nd:YAG లేదా Nd:YVO4 లేజర్‌లను పంప్ చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు.

డయోడ్ స్టాక్‌లలో, పెద్ద కోర్ వ్యాసం కలిగిన ఫైబర్‌లు కూడా సాధారణంగా ఉపయోగించబడతాయి. అనేక వందల వాట్ల (లేదా అనేక కిలోవాట్ల) కాంతిని 600 మైక్రాన్ల కోర్ వ్యాసం మరియు 0.22 సంఖ్యా ఎపర్చరుతో ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లో కలపవచ్చు.

ఫైబర్ కలపడం యొక్క ప్రతికూలతలు.

ఫ్రీ-స్పేస్ రేడియేషన్ లేజర్‌లతో పోలిస్తే ఫైబర్-కపుల్డ్ సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల యొక్క కొన్ని ప్రతికూలతలు:

అధిక ధర. బీమ్ హ్యాండ్లింగ్ మరియు ట్రాన్స్‌మిషన్ ప్రక్రియలను సరళీకృతం చేస్తే ఖర్చులను తగ్గించవచ్చు.

అవుట్‌పుట్ పవర్ కొంచెం చిన్నది మరియు మరీ ముఖ్యంగా ప్రకాశం. ఉపయోగించిన ఫైబర్ కప్లింగ్ టెక్నాలజీని బట్టి ప్రకాశం కోల్పోవడం కొన్నిసార్లు చాలా పెద్దది (మాగ్నిట్యూడ్ ఆర్డర్ కంటే ఎక్కువ) మరియు కొన్నిసార్లు చిన్నది. కొన్ని సందర్భాల్లో ఇది పట్టింపు లేదు, కానీ ఇతర సందర్భాల్లో ఇది డయోడ్-పంప్డ్ బల్క్ లేజర్‌లు లేదా హై-పవర్ ఫైబర్ లేజర్‌ల రూపకల్పనలో సమస్యగా మారుతుంది.

చాలా సందర్భాలలో (ముఖ్యంగా మల్టీమోడ్ ఫైబర్), ఫైబర్ ధ్రువణాన్ని నిర్వహిస్తుంది. అప్పుడు ఫైబర్ యొక్క అవుట్‌పుట్ లైట్ పాక్షికంగా ధ్రువపరచబడుతుంది మరియు ఫైబర్ తరలించబడితే లేదా ఉష్ణోగ్రత మారితే, ధ్రువణ స్థితి కూడా మారుతుంది. పంప్ శోషణ ధ్రువణతపై ఆధారపడి ఉంటే, ఇది డయోడ్-పంప్డ్ సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్‌లలో గణనీయమైన స్థిరత్వ సమస్యలను సృష్టించగలదు.