Il diodo laser accoppiato a fibra monomodale da 980 nm<\/strong> \u00e8 il cuore pulsante delle moderne comunicazioni ottiche e degli strumenti medici di precisione. Mentre altre lunghezze d'onda vengono scelte per il loro specifico assorbimento nei tessuti o per la loro trasparenza nella silice, i 980 nm sono definiti in modo unico dalla loro efficienza come sorgente di pompa. Nel campo delle telecomunicazioni, fornisce l'energia precisa necessaria per eccitare gli ioni di Erbio ($Er^{3+}$) allo stato $^4I_{11\/2}$, consentendo un'amplificazione a basso rumore.<\/p>\n\n\n\n Da un punto di vista ingegneristico, il passaggio a un Modulo laser accoppiato a fibra monomodale<\/a><\/strong> a questa lunghezza d'onda presenta una serie di sfide diverse rispetto alle varianti multimodali. La differenza fondamentale sta nella densit\u00e0 di potenza. Il raggiungimento di una potenza da 500 a 800 mW \u201csenza attorcigliamenti\u201d all'interno di un nucleo di fibra di 6 micrometri spinge i limiti della fisica dei semiconduttori e dell'allineamento ottico. L'obiettivo per un produttore non \u00e8 semplicemente quello di raggiungere la potenza di picco, ma di mantenere una modalit\u00e0 trasversale stabile per l'intero intervallo di corrente operativa, garantendo che la luce rimanga focalizzabile e l'accoppiamento efficiente per una durata di 25 anni.<\/p>\n\n\n\n Le prestazioni di un 980 nm diodo laser<\/a><\/strong> inizia a livello epitassiale. La maggior parte dei diodi a 980 nm ad alta potenza utilizza una struttura a pozzo quantico (QW) sforzata in arseniuro di indio e gallio (InGaAs), tipicamente cresciuta su un substrato di arseniuro di gallio (GaAs).<\/p>\n\n\n\n L'introduzione della \u201cdeformazione\u201d nel pozzo quantico \u00e8 una scelta ingegneristica deliberata. Disadattando la costante di reticolo dello strato di InGaAs con il substrato di GaAs, si modifica la struttura della banda di valenza. Ci\u00f2 riduce la massa effettiva dei fori e sopprime la \u201cricombinazione Auger\u201d, un processo non radiativo che genera calore anzich\u00e9 luce.<\/p>\n\n\n\n Tuttavia, la deformazione \u00e8 un'arma a doppio taglio. Una deformazione eccessiva pu\u00f2 portare a dislocazioni (difetti nel reticolo cristallino) che fungono da seme per il Danno Ottico Speculare Catastrofico (COMD). Per mitigare questo problema, i progetti epitassiali avanzati incorporano strati di \u201ccompensazione della deformazione\u201d, in genere utilizzando GaAsP. Ci\u00f2 consente di aumentare il contenuto di indio (raggiungendo l'obiettivo di 980 nm) mantenendo l'integrit\u00e0 strutturale del cristallo. Per l'utente finale, questo si traduce in un diodo in grado di sopportare alte densit\u00e0 di corrente senza degrado interno.<\/p>\n\n\n\n Nelle specifiche tecniche di un modalit\u00e0 singola modulo laser accoppiato a fibra<\/a><\/strong>, Il termine \u201cKink-Free Power\u201d \u00e8 fondamentale. Un \u201ckink\u201d nella curva Potenza-corrente (L-I) si verifica quando il diodo laser passa dalla modalit\u00e0 trasversale fondamentale a una modalit\u00e0 di ordine superiore o quando la distribuzione spaziale dei portatori (Spatial Hole Burning) causa una leggera deviazione del fascio.<\/p>\n\n\n\n Quando la corrente di iniezione aumenta, la densit\u00e0 di fotoni al centro della cavit\u00e0 laser diventa estremamente elevata, esaurendo i portatori in quella regione specifica. Ci\u00f2 crea un gradiente di indice di rifrazione che agisce come una \u201clente\u201d, focalizzando ulteriormente il fascio. Se non gestito, questo effetto lente pu\u00f2 causare il disaccoppiamento del fascio dalla fibra monomodale o innescare un salto di modalit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n Progettare un sistema veramente privo di perversioni Diodo laser 980 nm<\/strong> richiede una progettazione precisa della \u201cguida d'onda a cresta\u201d. La larghezza della cresta deve essere sufficientemente stretta da sopprimere i modi di ordine superiore (tipicamente <4 \u03bcm), ma sufficientemente ampia da mantenere la densit\u00e0 di potenza ottica sulla sfaccettatura al di sotto della soglia per il COMD. L'equilibrio tra la geometria della cresta e il profilo di drogaggio degli strati di rivestimento determina la stabilit\u00e0 finale del modulo.<\/p>\n\n\n\n L'accoppiamento della luce in una fibra monomodale (SMF) \u00e8 un esercizio di estrema stabilit\u00e0 meccanica. Il diametro del campo di modalit\u00e0 (MFD) di una fibra standard da 980 nm (come HI980) \u00e8 di circa 6,5 \u03bcm. Per mantenere l'efficienza di accoppiamento 70-80%, l'allineamento del chip laser alla fibra deve essere stabile entro \u00b10,1 \u03bcm in un ampio intervallo di temperature.<\/p>\n\n\n\n La produzione grezza di un Laser 980nm<\/a> diodo<\/strong> chip \u00e8 altamente divergente. Per colmare il divario tra il chip e la fibra, si utilizza un sistema asferico a due lenti o specializzato:<\/p>\n\n\n\n In settori ad alto rischio come le telecomunicazioni sottomarine o i laser chirurgici, il \u201cprezzo per Watt\u201d \u00e8 irrilevante rispetto alla \u201cprobabilit\u00e0 di guasto\u201d. L'affidabilit\u00e0 si costruisce attraverso la rigorosa adesione a standard come Telcordia GR-468-CORE.<\/p>\n\n\n\n La modalit\u00e0 di guasto principale dei diodi 980nm ad alta potenza \u00e8 il COMD. Sulla faccia di uscita (specchio), l'alta densit\u00e0 di fotoni pu\u00f2 causare un riscaldamento localizzato. Questo riscaldamento riduce il bandgap, portando a un maggiore assorbimento, che porta a un maggiore riscaldamento: un processo di fuga termica che fonde la sfaccettatura del cristallo in pochi nanosecondi.<\/p>\n\n\n\nFisica dei semiconduttori: Il progetto del pozzo quantico di InGaAs<\/h2>\n\n\n\n
Compensazione della deformazione e confinamento del vettore<\/h3>\n\n\n\n
La sfida dell'operazione \u201cKink-Free<\/h2>\n\n\n\n
Bruciatura del foro spaziale (SHB) e stabilit\u00e0 di modo<\/h3>\n\n\n\n
Ingegneria dell'accoppiamento ottico: Precisione submicronica<\/h2>\n\n\n\n
Il ruolo dell'ottica asferica e cilindrica<\/h3>\n\n\n\n
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Affidabilit\u00e0 e controllo qualit\u00e0: Oltre la scheda tecnica<\/h2>\n\n\n\n
Prevenzione del danno ottico catastrofico dello specchio (COMD)<\/h3>\n\n\n\n