FBG 파장 잠금이 고출력 980nm 펌프 레이저에서 여전히 지배적인 이유

DFB 레이저가 뛰어난 파장 안정성을 제공함에도 불구하고 FBG 파장 고정이 고전력 980nm 펌프 레이저에서 여전히 지배적인 이유 광통신에서 분산 피드백(DFB) 레이저는 좁은 선폭, 단일 종방향 모드 작동, 높은 측면 모드 억제비(SMSR) 및 뛰어난 파장 안정성 덕분에 DWDM 고속 전송, 일관성 있는 통신 및 정밀 광학 측정 시스템의 주류 광원 역할을 합니다.

그러나 980nm 및 1480nm에서 작동하는 고출력 펌프 레이저의 경우 대부분의 상용 제품은 독립형 DFB 레이저 대신 FP(Fabry-Perot) 레이저와 FBG(Fiber Bragg Gating) 파장 고정 아키텍처를 채택합니다.

이 기사에서는 DFB 레이저가 우수한 파장 고정 기능에도 불구하고 레이저 칩 구조, 전력 성능 및 응용 요구 사항이라는 세 가지 차원에서 고출력 펌프 레이저 시장을 장악하지 못한 이유를 분석합니다. DFB 레이저가 안정적인 파장 출력을 달성하는 방법 기존 FP 레이저의 공진 공동은 칩의 두 개의 절단된 면에 의해 형성됩니다. 제조가 간단하고 저렴하지만 FP 레이저는 온도 변화, 구동 전류 변동 및 외부 광학 피드백으로 인해 발생하는 심각한 파장 드리프트를 겪으며 종종 여러 세로 모드에서 동시에 진동합니다.

대조적으로, DFB 레이저는 주기적 브래그 격자를 반도체 칩 내에 직접 통합합니다. 격자는 레이징을 단일 세로 모드로 제한하고 경쟁하는 모든 공진 모드를 억제하는 파장 선택형 광학 피드백을 제공합니다.

표준 FP 레이저와 비교하여 DFB 레이저는 다음과 같은 주요 장점을 갖추고 있습니다.

· 단일 종방향 방출

· 좁은 광학 스펙트럼 선폭

· 높은 SMSR

· 우수한 파장 안정성

이러한 장점으로 인해 DFB 레이저는 고속 광통신, DWDM 시스템, 광섬유 감지 및 레이저 계측 응용 분야에서 선호되는 신호 소스입니다.

고출력 펌프 레이저가 독립형 DFB 칩을 거의 채택하지 않는 이유 많은 업계 실무자들은 다음과 같은 자연스러운 질문을 제기합니다.

DFB 기술이 안정적인 파장 안정화를 제공한다면 거의 모든 980nm 펌프 레이저가 FP+FBG 솔루션에 의존하는 이유는 무엇입니까?

핵심 이유는 다양한 애플리케이션 시나리오에 걸쳐 핵심 성능 우선순위가 다르기 때문입니다.

통신 송신기는 선폭, SMSR, 위상 잡음 및 파장 정밀도에 대한 엄격한 요구 사항을 바탕으로 데이터 전송을 우선시합니다.

EDFA(에르븀 첨가 광섬유 증폭기)용 펌프 소스는 지속적이고 효율적인 높은 광 출력을 제공하도록 설계되었습니다. 이러한 펌프의 경우 출력 전력, 전력 변환 효율, 장기 신뢰성 및 제조 비용이 초고 스펙트럼 순도보다 더 큰 비중을 차지합니다.

고전력 DFB 칩은 기술적으로 실현 가능하지만, 출력 전력을 확장하면 칩 에피택셜 설계, 열 관리 및 대량 생산에 엄청난 복잡성이 발생하여 생산 비용이 증가하고 배치 간 일관성이 저하됩니다.

따라서 고전력 980nm 펌프 애플리케이션의 경우 업계에서는 작동 파장을 고정하기 위해 외부 FBG와 쌍을 이루어 고전력 작동을 쉽게 지원하는 본질적으로 단순한 구조를 갖춘 FP 칩을 선호합니다.

FBG의 파장 잠금 메커니즘 FBG(Fiber Bragg Gating)는 코어에 주기적인 굴절률 변조가 새겨진 광섬유 섹션입니다. 이를 정의하는 특징은 지정된 브래그 파장을 중심으로 하는 협대역의 높은 반사율이며, 이 통과 대역 외부의 빛은 방해받지 않고 투과한다는 것입니다.

FP+FBG 구성에서 FBG는 레이저의 피그테일 광섬유에 제작되어 FP 칩과 함께 외부 공진 공동을 형성합니다.

FP 칩은 먼저 광대역 자연 방사선과 유도 방사선을 방출합니다. 빛이 FBG로 전파됨에 따라 목표 중심 파장 근처의 광자만 지속적인 진동을 위해 FP 캐비티로 다시 반사됩니다. 모든 오프밴드 파장은 필터링됩니다.

반복되는 선택적 피드백은 레이저가 FBG의 브래그 파장에서 안정적으로 레이저를 발사하도록 합니다.

이 외부 공동 잠금 방식은 베어 ​​FP 레이저의 스펙트럼 성능을 크게 최적화하여 다음과 같은 개선 사항을 제공합니다.

· 안정화된 중심 레이저 파장

· 스펙트럼 폭이 좁아짐

· 파장 열 드리프트 감소

· 구동 전류 변화에 대한 파장 내성 향상

따라서 FP+FBG 아키텍처는 높은 출력 전력과 안정적인 레이저 파장이라는 두 가지 중요한 성능 목표의 균형을 유지합니다. FBG 잠금이 980nm 펌프 레이저에 보편적인 이유980nm 펌프 레이저의 기본 배포는 EDFA 시스템입니다. 에르븀 이온은 976nm 부근에서 최대 흡수 효율을 나타냅니다. 온도 또는 구동 전류로 인해 발생하는 펌프 소스의 심각한 파장 드리프트는 연속적인 성능 저하로 이어집니다.

· 에르븀 이온흡수효율 감소

· 낮은 광 증폭 이득

· 노이즈 지수 상승

· 전반적인 시스템 성능 저하

따라서 펌프 레이저는 높은 출력과 함께 정확하고 장기적인 중심 파장 안정성을 유지해야 합니다. FBG 고정 설계는 높은 광 출력과 강력한 장기 신뢰성을 유지하면서 약 976nm의 레이저 파장을 단단히 유지하여 상업용 고출력 980nm 펌프 모듈을 위한 가장 성숙하고 널리 채택되는 기술 경로입니다. 선택 가이드: DFB 레이저와 FP+FBG 레이저 둘 다 절대적인 우월성을 갖지 않습니다. 각각은 서로 다른 애플리케이션 요구 사항에 맞게 최적화되어 있습니다.

위에 표시된 것처럼 DFB 레이저는 고품질 신호 송신기로 탁월한 반면, FP+FBG 장치는 높은 출력과 안정적인 파장 작동이 필요한 펌프 응용 분야에 더 적합합니다.

DFB 및 FBG 기반 외부 공동 레이저는 경쟁 기술이 아니지만 별도의 사용 사례에 최적화된 두 가지 성숙한 기술 경로입니다.

고속 광통신 시스템의 경우 DFB 레이저는 좁은 선폭, 높은 SMSR 및 탁월한 파장 안정성을 활용하여 최적의 송신기 솔루션으로 남아 있습니다.

고출력 980nm 펌프 레이저의 경우 FP+FBG 방식은 오늘날 지배적인 시장 위치를 ​​차지하는 충분한 파장 고정 정밀도를 유지하면서 높은 출력 전력, 우수한 열 방출 성능 및 비용 경쟁력을 달성합니다.

모든 시나리오에 대해 보편적으로 뛰어난 레이저 기술은 없으며 특정 시스템 요구 사항에 맞춰진 최적의 솔루션만 있을 뿐입니다. 다양한 기술 아키텍처의 설계 논리를 마스터하면 시스템 사양에 맞는 정확한 레이저 소스를 선택할 수 있습니다.