パルスレーザーダイオードの光ファイバーへの結合効率はどれくらいですか?

パルスレーザーダイオードと光ファイバーを統合する場合、結合効率は重要なパラメータです。私はパルス レーザー ダイオードのサプライヤーとして、電気通信から LIDAR システムに至るまで、さまざまなアプリケーションにおいてこの概念を理解することが重要であることを目の当たりにしてきました。このブログ投稿では、結合効率とは何か、結合効率に影響を与える要因、および結合効率が当社のパルス レーザー ダイオード製品とどのように関連するかについて詳しく説明します。TO56 905nm 70W パルスレーザーそしてTO56 905nm 25W パルスレーザー。

カップリング効率とは何ですか?

結合効率は、光ファイバーに送られる光パワーとパルス レーザー ダイオードから放射される光パワーの比として定義されます。簡単に言うと、レーザー ダイオードからの光がどの程度効果的にファイバーに伝達されるかを測定します。結合効率が高いということは、より多くのレーザー光がファイバーにうまく結合されることを意味し、その結果、電力損失が減り、システム全体のパフォーマンスが向上します。

数学的には、結合効率 (η) は次のように表すことができます。
[ \eta = \frac{P_{ファイバー}}{P_{ダイオード}} \times 100% ]
ここで、( P_{fiber} ) はファイバー内のパワー、( P_{diode} ) はレーザー ダイオードによって放射されるパワーです。

カップリング効率に影響を与える要因

1. モードマッチング

結合効率における最も重要な要素の 1 つは、レーザー ダイオードと光ファイバーの間のモード マッチングです。レーザー ダイオードは特定のモード パターンで光を放射し、ファイバーには独自のサポートされるモードのセットがあります。レーザーのモード パターンがファイバーのモード パターンと一致しない場合、かなりの量の光が失われます。たとえば、シングルモード ファイバは 1 つの伝播モードのみをサポートします。マルチモード レーザー ダイオードがシングル モード ファイバーに結合されている場合、レーザーからの光のほとんどはサポートされているモードでファイバーに入ることができず、結合効率が低くなります。

2. 開口数 (NA)

レーザー ダイオードと光ファイバーの両方の開口数が重要な役割を果たします。 NA は、光学コンポーネントの集光能力の尺度です。レーザー ダイオードの NA がファイバーの NA よりも大きい場合、レーザーから放射される光の一部はファイバーの受光角の外側にあり、結合されません。逆に、ファイバーの NA がレーザーの NA よりはるかに大きい場合、ファイバーは他の光源からの光を収集するか、ノイズの影響を受けやすくなります。

3. 位置合わせ

レーザー ダイオードと光ファイバーの間の正確な位置合わせが不可欠です。横方向または角度方向の小さな位置ずれでも、結合効率が大幅に低下する可能性があります。たとえば、わずか数マイクロメートルの横方向の位置ずれが、ファイバの大幅な出力損失につながる可能性があります。これには、結合プロセス中に高精度の位置合わせ技術と装置を使用する必要があります。

4. 波長の互換性

レーザー ダイオードの波長は、光ファイバーの伝送特性と互換性がある必要があります。異なるファイバーは、さまざまな波長で異なる減衰特性を持ちます。レーザー波長がファイバーの減衰が大きい領域にある場合、ファイバー中を伝播する光の損失が増加するため、結合効率が実質的に低下します。

当社のパルスレーザーダイオード製品の結合効率

私たちのTO56 905nm 70W パルスレーザーそしてTO56 905nm 25W パルスレーザー結合効率を考慮して設計されています。 905nm の波長は、標準的な光ファイバーへの結合に適しているため、ライダー システムを含む多くのアプリケーションでよく選ばれています。

当社は、一般的な光ファイバーとより簡単に一致できるモード パターンを持つように、これらのレーザー ダイオードの設計を最適化しました。さらに、当社のレーザー ダイオードの開口数は、良好な集光性能と結合性能を確保するために慎重に制御されています。当社の製造プロセスには、レーザー ダイオードが光ファイバーと統合される際の結合効率を最大化するための高精度アライメント技術も含まれています。

カップリング効率の測定

結合効率を測定するにはいくつかの方法があります。一般的なアプローチの 1 つは、パワー メーターを使用することです。まず、レーザー ダイオード (( P_{diode} )) によって放射されるパワーが直接測定されます。次に、ファイバー内のパワー (( P_{fiber} )) がファイバーの出力端で測定されます。 ( P_{fiber} ) を ( P_{diode} ) で割って 100% を掛けることで、結合効率を計算できます。

別の方法では、近距離場または遠距離場パターン アナライザーを使用します。これらのデバイスは、レーザー ダイオードとファイバーのモード パターンに関する詳細な情報を提供し、結合効率が低い理由を理解し、結合プロセスを最適化するのに役立ちます。

カップリング効率の向上

結合効率を向上させるために、いくつかの技術を使用できます。 1 つのアプローチは、レーザー ダイオードとファイバーの間にレンズ システムを使用することです。適切に設計されたレンズは、レーザー ダイオードからの光をファイバー コアに集束させ、モード マッチングを改善し、位置ずれの影響を軽減します。反射損失を低減するために、ファイバ端面とレーザー ダイオード出力窓に反射防止コーティングを適用することもできます。

さらに、結合プロセス中にアクティブな位置合わせ技術を使用できます。これらの技術には、最大の結合効率が達成されるまでレーザー ダイオードとファイバーの位置と向きを微調整しながら、ファイバー内のパワーを監視することが含まれます。

アプリケーションとカップリング効率の重要性

LIDAR システムでは、正確な距離測定には高い結合効率が重要です。 LIDAR システムはレーザー パルスを放射し、光が物体に反射して戻ってくるまでの時間を測定します。結合効率が低い場合、ファイバー内のレーザー パルスのパワーが低下し、その結果、受信機での信号が弱くなります。これにより、距離測定が不正確になり、検出範囲が減少する可能性があります。

電気通信では、結合効率が光通信リンクの全体的なパフォーマンスに影響します。結合効率が高いほど電力損失が少なく、信号を頻繁に増幅する必要がなく、より長い伝送距離が可能になります。これにより、通信システムのコストと複雑さを大幅に削減できます。

結論

結合効率は、パルスレーザーダイオードと光ファイバーの統合における基本的な概念です。パルスレーザーダイオードのサプライヤーとして、当社は高い結合効率を提供する製品を提供することの重要性を理解しています。私たちのTO56 905nm 70W パルスレーザーそしてTO56 905nm 25W パルスレーザーモードマッチング、開口数、アライメントを最適化することで、さまざまなアプリケーションの厳しい要件を満たすように設計されています。

プロジェクトに優れた結合効率を備えた高性能パルス レーザー ダイオードが必要な場合は、当社がお手伝いいたします。 LIDAR システム、電気通信ネットワーク、または信頼性の高いレーザーとファイバーの結合を必要とするその他のアプリケーションに取り組んでいる場合でも、当社の製品は必要なソリューションを提供します。お客様の具体的な要件について話し合い、調達交渉を開始するには、お問い合わせください。

参考文献

1. BEA のサレハ、MC のタイヒ (2007)。フォトニクスの基礎。ワイリー。
2. Ghatak、AK、Thyagarajan、K. (1998)。光エレクトロニクス。ケンブリッジ大学出版局。