レーザーダイオードの波長ロックにおけるFBGの応用

ファイバー ブラッグ グレーティング (FBG) は、半導体レーザー ダイオードに高い波長精度と安定性を必要とするさまざまなアプリケーションで広く使用されています。 FBG には、高い熱安定性、統合の容易さ、強力な多用途性など、数多くの利点があり、そのすべてについてこの文書で詳しく説明します。

線幅が狭く、波長が安定したレーザーは、センシング、医療、スペクトル分析、イメージング、通信などの多くの分野で重要な役割を果たしています。分布ブラッグ反射器 (DBR) レーザーと分布帰還 (DFB) レーザーは優れた性能を発揮しますが、パッケージング前に個別のテストが必要なため、製造コストはファブリーペロー (FP) レーザー ダイオードよりも高くなります。

さらに、DFB および DBR レーザーで使用される導波路回折格子と比較して、FBG は優れた安定性と波長精度を提供します。ボリューム ブラッグ グレーティング (VBG) は、特定のアプリケーションで FBG の代替として機能しますが、FBG には熱安定性、統合の簡素性、多用途性の点で利点があります。

FBGベースのポンプ波長ロック

高出力、波長安定性の半導体ポンプ レーザーは、最新のファイバー レーザー、ファイバー増幅器、およびラマン ファイバー増幅器で重要な役割を果たしています。レーザー利得媒体はポンプ波長の変動に非常に敏感であるため、FBG 安定化波長半導体ポンプ レーザーが市場の主流のソリューションとなっています。

図 1 は、一般的な FBG 波長ロック ポンプ レーザー モジュールの構造を示しています。このような用途では、FBG はポンプ レーザーのピグテール ファイバー上に刻まれており、通常はレーザー チップから 50 cm ～ 2 m の距離に配置されます。

このシステムは、コリメート光学部品またはレンズ付きファイバーピグテールを採用して、半導体レーザーチップから放射された光をシングルモードピグテールに効率的に結合します。

ファイバー ブラッグ グレーティングは外部フィードバック メカニズムを確立し、レーザー波長を FBG 中心波長付近で効果的に安定させ、レーザーの出力スペクトル幅を狭めます。これにより、励起レーザモジュールは高い励起効率と優れた安定性を両立しました。

図 1. FBG ポンプ モジュール

レーザーダイオード波長安定化用FBG

ファイバー ブラッグ グレーティング (FBG) を使用して外部共振器レーザーを構築することは、低コスト レーザーの性能を向上させるための費用対効果の高いソリューションです。図 1 に示すように、FBG はファイバ ピグテールに内接し、通常は発光チップの近くに配置され、外部共振器レーザを形成します。

従来のファブリペローレーザーダイオードと比較して、FBGベースの外部共振器レーザーは線幅が狭いという特徴があるだけでなく、レーザーダイオードの性能変化を引き起こす2つの共通の要因である温度または駆動電流の変化によって引き起こされる波長ドリフトの強力な抑制を示します。

FBG の選択と主要なパラメータ

レーザーダイオードの効率的かつ信頼性の高い波長ロックまたは安定化を確保するには、レーザーメーカーはコア性能仕様を満たすFBGを選択する必要があります。

レーザー ダイオード メーカーは、ファイバーの種類、偏波保持 (PM) または非偏波保持ファイバー、寸法などを含む波長と構成の幅広い選択肢を提供できる、信頼性が高く技術的に成熟した FBG サプライヤーを選択する必要もあります。

結論

ファイバ ブラッグ グレーティング (FBG) は、高い熱安定性、優れた統合互換性、マルチシナリオの多用途性、正確な波長制御機能により、さまざまな半導体レーザー アプリケーションにおける高精度の波長ロックと安定化のためのコア コンポーネントとなっています。高出力ポンプレーザーの波長ロックでも、低コストレーザーモジュールの性能アップグレードでも、FBG は外部フィードバック機構を最適化することで正確な波長ロックと線幅の狭化を達成し、同時に温度や駆動電流の変動などの外部外乱に効果的に抵抗します。