FBG 波長ロックが高出力 980 nm ポンプ レーザーで依然として主流である理由

DFB レーザーが優れた波長安定化を実現しているにもかかわらず、高出力 980 nm ポンプ レーザーでは FBG 波長ロックが依然として主流である理由光通信において、分布帰還型 (DFB) レーザーは、その狭い線幅、単一縦モード動作、高いサイドモード抑制比 (SMSR)、優れた波長のおかげで、DWDM 高速伝送、コヒーレント通信、高精度光測定システムの主流の光源として機能します。安定性。

ただし、980 nm および 1480 nm で動作する高出力ポンプ レーザーに関しては、ほとんどの市販製品が、スタンドアロンの DFB レーザーではなく、ファブリー ペロー (FP) レーザーとファイバー ブラッグ グレーティング (FBG) 波長ロック アーキテクチャを採用しています。

この記事では、DFB レーザーがその優れた波長ロック機能にもかかわらず、なぜ高出力ポンプ レーザー市場を支配できなかったのかを、レーザー チップ構造、出力性能、アプリケーション要件という 3 つの側面から分析します。 DFB レーザーが安定した波長出力を達成する方法 従来の FP レーザーの共振器は、チップの 2 つの劈開面によって形成されます。 FP レーザーは製造が簡単で低コストですが、温度変化、駆動電流の変動、外部光フィードバックによって引き起こされる深刻な波長ドリフトに悩まされ、多くの場合、複数の縦モードにわたって同時に発振します。

対照的に、DFB レーザーは、周期的なブラッグ格子を半導体チップ内に直接統合します。回折格子は、レーザ発振を単一の縦モードに制限し、競合するすべての共振モードを抑制する波長選択性の光フィードバックを提供します。

標準の FP レーザーと比較して、DFB レーザーには以下のような主な利点があります。

・単一縦モード放射

・狭い光スペクトル線幅

· 高いSMSR

・優れた波長安定性

これらの利点により、DFB レーザーは、高速光通信、DWDM システム、光ファイバーセンシングおよびレーザー計測アプリケーションに推奨される信号源です。

高出力ポンプレーザーがスタンドアロン DFB チップをほとんど採用しない理由 多くの業界関係者は当然の疑問を提起します。

DFB テクノロジーが信頼性の高い波長安定化を実現するのであれば、なぜほぼすべての 980 nm ポンプ レーザーが FP+FBG ソリューションに依存するのでしょうか?

その主な理由は、さまざまなアプリケーション シナリオ間でコア パフォーマンスの優先順位が異なることにあります。

通信トランスミッタは、線幅、SMSR、位相ノイズ、波長精度に関する厳しい要件を備え、データ伝送を優先します。

エルビウムドープファイバ増幅器 (EDFA) のポンプソースは、連続的で効率的な高光パワー出力を提供するように設計されています。このようなポンプでは、超高スペクトル純度よりも出力電力、電力変換効率、長期信頼性、および製造コストの方が重要です。

高出力 DFB チップは技術的には実現可能ですが、出力電力をスケールアップすると、チップのエピタキシャル設計、熱管理、大量生産が大幅に複雑になり、生産コストが上昇し、バッチ間の一貫性が損なわれます。

したがって、高出力980 nmポンプアプリケーションの場合、業界は高出力動作を容易にサポートし、動作波長をロックするために外部FBGと組み合わせた、本質的に単純な構造を備えたFPチップを好んでいます。

FBG の波長ロック機構 ファイバー ブラッグ グレーティング (FBG) は、コアに周期的な屈折率変調が刻まれた光ファイバーの一部です。その特徴は、指定されたブラッグ波長を中心とした狭帯域の高反射率であり、この通過帯域外の光は妨げられずに透過します。

FP+FBG 構成では、FBG はレーザーのピグテール ファイバー上に製造され、FP チップとともに外部共振空洞を形成します。

FP チップはまず広帯域の自然放射線と誘導放射線を放出します。光がFBG内に伝播すると、ターゲットの中心波長に近い光子のみがFPキャビティ内に反射されて発振が持続します。すべてのオフバンド波長はフィルタリングされて除去されます。

選択的フィードバックを繰り返すことにより、レーザーは FBG のブラッグ波長で安定して発振します。

この外部キャビティ ロック方式により、ベア FP レーザーのスペクトル性能が大幅に最適化され、次のような改善が実現します。

・安定した発振中心波長

・スペクトル幅の狭化

・波長温度ドリフトの低減

・駆動電流変動に対する波長耐性の向上

したがって、FP+FBG アーキテクチャは、高出力と安定した発振波長という 2 つの重要な性能目標のバランスをとります。 FBG ロックが 980 nm ポンプ レーザーに汎用である理由 980 nm ポンプ レーザーの主な導入は EDFA システムです。エルビウムイオンは、976 nm 付近で吸収効率のピークを示します。温度または駆動電流によって引き起こされるポンプ源の激しい波長ドリフトは、一連の性能低下を引き起こします。

・エルビウムイオンの吸収効率の低下

・光増幅利得の低下

· 雑音指数の向上

· システム全体のパフォーマンスの低下

したがって、ポンプレーザーは、高出力と同時に正確な長期中心波長安定性を維持する必要があります。 FBG ロック設計は、高い光出力と堅牢な長期信頼性を維持しながら、発振波長を 976 nm 付近にしっかりと保持するため、商用高出力 980 nm ポンプ モジュールとして最も成熟し、広く採用されている技術的ルートとなります。選択ガイド: DFB レーザーと FP+FBG レーザーどちらのアーキテクチャにも絶対的な優位性はありません。それぞれがアプリケーションの個別の要求に合わせて最適化されています。

上に示したように、DFB レーザーは高品質の信号送信機として優れていますが、FP+FBG デバイスは高出力と安定した波長動作を必要とするポンプ用途に適しています。

DFB および FBG ベースの外部共振器レーザーは競合するテクノロジーではなく、別々のユースケースに最適化された 2 つの成熟した技術パスです。

高速光通信システムにとって、狭い線幅、高いSMSR、優れた波長安定性を活用するDFBレーザーは、依然として最適な送信機ソリューションです。

高出力 980 nm ポンプ レーザーの場合、FP+FBG 方式は、十分な波長ロック精度を維持しながら、高出力、優れた放熱性能、コスト競争力を実現しており、これが今日の市場での支配的な地位を占めています。

すべてのシナリオに普遍的に優れたレーザー技術はありません。存在するのは特定のシステム要件に合わせた最適なソリューションのみです。さまざまな技術アーキテクチャの背後にある設計ロジックをマスターすると、システム仕様に合わせた正確なレーザー光源の選択が可能になります。