F\u00fcr Ingenieure, die fortschrittliche Sensor- oder Kommunikationshardware entwickeln, ist der \u00dcbergang von k\u00fcrzeren Wellenl\u00e4ngen (wie 850nm oder 1310nm) zu 1550 nm Faser<\/a><\/strong> Systeme wird durch mehr als nur geringe Verluste bestimmt. Bei 1550 nm ist das Licht im Vergleich zum sichtbaren Spektrum bei deutlich h\u00f6herer Leistung \u201caugensicher\u201d, da die Augenfl\u00fcssigkeit die Energie absorbiert, bevor sie die Netzhaut erreichen kann. Dies erm\u00f6glicht die Emission mit h\u00f6herer Leistung bei LIDAR- und Fernerkundungsanwendungen. Die Umstellung auf 1550 nm erfordert jedoch eine v\u00f6llige Umstellung der Materialwissenschaft, d. h. die Umstellung von Detektoren auf Siliziumbasis auf Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs) f\u00fcr die fasergekoppelter optischer Empf\u00e4nger<\/a><\/strong>, und komplexe tern\u00e4re oder quatern\u00e4re Halbleiterlegierungen f\u00fcr die Lichtquellen.<\/p>\n\n\n Das Herzst\u00fcck eines jeden Signalgewinnungssystems im C-Band ist das fasergekoppelter optischer Empf\u00e4nger<\/strong>. Im Gegensatz zu Bulk-Optik-Detektoren muss ein fasergekoppeltes Modul den Sub-10-Mikrometer-Kern einer Singlemode-Faser effizient mit einem aktiven Halbleiterbereich verbinden. Diese Schnittstelle stellt die gr\u00f6\u00dfte Herausforderung f\u00fcr das Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis (SNR) dar.<\/p>\n\n\n\n Der Detektionsmechanismus in einer InGaAs-PIN-Photodiode beruht auf dem internen photoelektrischen Effekt. Wenn ein Photon mit der Energie $E = h\\nu$ auf den intrinsischen Bereich des Halbleiters trifft, muss es gen\u00fcgend Energie haben, um die Bandl\u00fccke $E_g$ zu \u00fcberbr\u00fccken. Bei InGaAs ist diese Bandl\u00fccke auf ca. 0,75 eV ausgelegt, so dass es im Bereich von 1,0 bis 1,7 Mikrometern sehr empfindlich ist.<\/p>\n\n\n\n Die Empfindlichkeit $R$ des Empf\u00e4ngers ist eine kritische Kennzahl, die wie folgt definiert ist:<\/p>\n\n\n\n $$R = \\frac{\\eta q}{h \\nu} = \\frac{\\eta \\lambda}{1.24}$$<\/p>\n\n\n\n Dabei steht $\\eta$ f\u00fcr die Quanteneffizienz, $q$ f\u00fcr die Elektronenladung und $\\lambda$ f\u00fcr die Wellenl\u00e4nge in Mikrometern. In einem hochwertigen fasergekoppelten optischen Empf\u00e4nger \u00fcbersteigt die Quanteneffizienz oft 80%, was zu Empfindlichkeitswerten von mehr als 0,9 A\/W bei 1550 nm f\u00fchrt. Eine hohe Empfindlichkeit ist jedoch nutzlos, wenn das Grundrauschen zu hoch ist.<\/p>\n\n\n\n Aus Sicht der Komponentenqualit\u00e4t ist der \u201cDunkelstrom\u201d ($I_d$) der Hauptfeind der Pr\u00e4zision. Dabei handelt es sich um den Reststrom, der auch bei v\u00f6lliger Dunkelheit durch den Empf\u00e4nger flie\u00dft. Der Dunkelstrom h\u00e4ngt von der Qualit\u00e4t des Halbleiterwachstums ab; Defekte im InGaAs-Gitter erzeugen Zwischenenergiezust\u00e4nde, die die thermische Erzeugung von Ladungstr\u00e4gern erleichtern.<\/p>\n\n\n\n Au\u00dferdem stellt die Gr\u00f6\u00dfe der \u201caktiven Fl\u00e4che\u201d des Empf\u00e4ngers einen Kompromiss dar. Eine gr\u00f6\u00dfere aktive Fl\u00e4che (z. B. 500 Mikrometer) erleichtert die Faserausrichtung, erh\u00f6ht aber die parasit\u00e4re Kapazit\u00e4t. Eine hohe Kapazit\u00e4t wirkt wie ein Tiefpassfilter und schr\u00e4nkt die Bandbreite des Systems stark ein. Bei Hochgeschwindigkeits-Fasersystemen mit einer Wellenl\u00e4nge von 1550 nm m\u00fcssen die Ingenieure Empf\u00e4nger mit der kleinstm\u00f6glichen aktiven Fl\u00e4che ausw\u00e4hlen, die dennoch die divergente Leistung der Faser zuverl\u00e4ssig erfassen k\u00f6nnen, was in der Regel asph\u00e4rische Pr\u00e4zisionslinsen im Inneren des Empf\u00e4ngergeh\u00e4uses erforderlich macht.<\/p>\n\n\n\n W\u00e4hrend Laserdioden hohe Leistung und Koh\u00e4renz bieten, ist die Faser-Pigtailed-LED<\/a><\/strong> bleibt unverzichtbar f\u00fcr Anwendungen, die eine geringe zeitliche Koh\u00e4renz und eine hohe Stabilit\u00e4t erfordern, wie z. B. die optische Koh\u00e4renztomographie (OCT) oder bestimmte Arten von faseroptischen Gyroskopen.<\/p>\n\n\n\n Die wichtigste technische H\u00fcrde f\u00fcr eine Faser-Pigtailed-LED<\/strong> ist die \u201cEtendue\u201d oder die Erhaltung des \u201cFl\u00e4chen-Raumwinkel-Produkts\u201d. LEDs sind lambertsche Strahler, d. h. sie strahlen ihr Licht \u00fcber eine breite 180-Grad-Halbkugel ab. Die Kopplung dieses diffusen Lichts in einen Singlemode 1550nm Faser<\/a><\/strong> mit einer numerischen Apertur (NA) von etwa 0,14 ist von Natur aus ineffizient.<\/p>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/laserdiode-ld.com\/wp-content\/uploads\/2026\/01\/10-Duplex-2-Wavelength-Fiber-Coupled-Laser-Module-1.jpg\")
<\/figure>\n<\/div>\n\n\nDie Physik der Detektion: Der fasergekoppelte optische Empf\u00e4nger<\/h2>\n\n\n\n
Quanteneffizienz und Empfindlichkeit in InGaAs<\/h3>\n\n\n\n
Der Einfluss von Dunkelstrom und parasit\u00e4rer Kapazit\u00e4t<\/h3>\n\n\n\n
Prinzipien der Emission: Die Technik der Fiber Pigtailed LED<\/h2>\n\n\n\n
Die Etendue-Herausforderung bei der LED-Kopplung<\/h3>\n\n\n\n