Tutorial zu faseroptischen Lichtquellen

Fibermart
Mittwoch 04 Februar, 2015
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Einführung

Wie wir wissen, ist die faseroptische Lichtquelle ein wichtiges Gerät, das eine kontinuierliche Welle (CW) und eine stabile Quelle für Energiedämpfungsmessungen bereitstellen kann. Bei einer faseroptischen Lichtquelle handelt es sich um ein faseroptisches Testgerät zur Messung des Glasfaserverlusts sowohl für Singlemode-Glasfaserkabel als auch für Multimode-Glasfaserkabel. Normalerweise wird die faseroptische Lichtquelle mit den faseroptischen Leistungsmessern verwendet. Die faseroptische Lichtquelle umfasst eine lichtemittierende Diode (LED) oder einen Laser, die stabil ist und einen automatischen Verstärkungskontrollmechanismus verwendet.

Verschiedene Typen

Optische Quellen gehören zu den am meisten erforschten Bereichen der Glasfaserkommunikation. Die folgenden Arten von faseroptischen Lichtquellen werden üblicherweise in der Telekommunikation und Datenkommunikation verwendet.

1. Fabry-Perot-Laser (FP-Laser)

Fabry-Perot-Laser (FP-Laser) sind die am häufigsten verwendete Lichtquelle für Lichtwellen-Telekommunikationssysteme. Es ist nach den französischen Wissenschaftlern Charles Fabry und Alfred Perot benannt.

Bei einem Fabry-Perot (FP)-Laser wird Licht zwischen zwei „Spiegeln“ an beiden Enden eines elektrisch vorgespannten Halbleitermaterials reflektiert und erneut reflektiert. Das Material und zwei Spiegel bilden einen Resonanzhohlraum, der grob die Wellenlänge des erzeugten Lichts bestimmt. Einer der Spiegel ist nur teilweise reflektierend, sodass ein Teil des Lichts in eine externe Faser „durchsickern“ kann, während der größte Teil im Inneren reflektiert wird. Dies ist direkt analog zu einem L-C-Resonanzkreis mit „hohem Q“, bei dem die zirkulierende Energie viel höher ist als die in eine Last eingekoppelte Energie.

Die folgende Abbildung zeigt eine Schnittansicht eines FP-Lasers parallel zur Lichtemissionsrichtung. Der Laser besteht aus zwei Teilen: einem optischen Halbleiterverstärker zur Verstärkung und Spiegeln zur Bildung eines Resonators um den Verstärker.

FP-Laser

2. Distributed Feedback Lasers (DFBs)

Ein Distributed-Feedback-Laser (DFB) ist eine Art Laserdiode, Quantenkaskadenlaser oder Glasfaserlaser, bei dem der aktive Bereich des Geräts periodisch als Beugungsgitter strukturiert ist. Die Struktur bildet ein eindimensionales Interferenzgitter (Bragg-Streuung) und das Gitter sorgt für eine optische Rückmeldung für den Laser.

Der DFB-Laser wurde entwickelt, um die spektralen Mängel des FP-Lasers zu überwinden. Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau eines DFB-Lasers. Er ist einem FP-Laser sehr ähnlich, verfügt jedoch zusätzlich über eine Bragg-Reflektorstruktur, die sich in der Nähe des lichtemittierenden aktiven Bereichs befindet. Das Bragg-Reflektorgitter sorgt für eine periodische Änderung des Brechungsindex im Wellenleiter.

DFBs

3. Vertical Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL)

Der oberflächenemittierende Laser mit vertikalem Hohlraum (VCSEL) wurde ursprünglich als kostengünstige Alternative zu FP- und DFB-Lasern entwickelt. Die ersten kommerziellen Anwendungen dieser Laser liegen im Bereich der Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikationsverbindungen, die LEDs ersetzen. Vertical-Cavity-Laser emittieren senkrecht zur oberen Ebene eines Halbleiterwafers. Es verwendet einen mehrschichtigen dielektrischen Spiegel, der wie unten gezeigt direkt auf der Halbleiteroberfläche wächst.

Dieser Spiegel besteht aus abwechselnden Schichten mit hohem und niedrigem Brechungsindex, um einen Bragg-Reflektor zu bilden. Das besondere Merkmal dieser Struktur ist ihre extrem kurze optische Verstärkerlänge (in der Größenordnung von 100 nm). Diese Länge wird mit der für einen FP- und DFB-Laser typischen Länge von 300 µm verglichen. Diese kurze Verstärkerlänge begrenzt die verfügbare Verstärkung des Verstärkers auf einen sehr kleinen Wert.

VCSEL

4. Oberflächenemittierende LEDs

Die SLED besteht aus Halbleitermaterialien mit geringer Bandlücke, die zwischen Materialien mit hoher Bandlücke angeordnet sind, wie sie in Halbleiterlasern zu finden sind. Der Hauptunterschied bei einer LED besteht darin, dass es keine Spiegel gibt, die eine Rückmeldung geben. Strom wird durch die aktive Region geleitet, um Loch- und Elektronenpaare in der aktiven Region mit geringer Bandlücke zu erzeugen. Die Elektronen aus dem Leitungsband verlieren spontan Energie und emittieren Photonen in alle Richtungen. Ein Teil des erzeugten Lichts wird in die Multimode-Faser eingekoppelt. Die gebräuchlichste Multimode-Quelle ist die unten gezeigte oberflächenemittierende LED (SLED).

oberflächenemittierende LED

5. Kantenemittierende LEDs

Edge-Emitting LED (EELED) ist einem FP-Laser ohne Spiegel sehr ähnlich. Seine Struktur wird im folgenden Diagramm dargestellt. Diese EELED-Konfiguration zeigt zwei Segmente. Ein Segment ist in Durchlassrichtung vorgespannt, um in einem optischen Halbleiterverstärker eine Verstärkung zu erzeugen. Das andere Segment ist in Sperrrichtung vorgespannt, um einen optischen Absorber zu erzeugen.

Der Absorber verhindert, dass der optische Verstärker zu einem FP-Laser wird. Der Ausgang des optischen Halbleiterverstärkers ist außerdem antireflexionsbeschichtet, um die Bildung von Spiegeln zusätzlich zu verhindern. Der optische EELED-Verstärker erzeugt ASE. Spontan emittiertes Licht am Eingang des Verstärkers erzeugt ASE am Verstärkerausgang.

Kantenemittierende LEDs

Warme Tipps: Die faseroptische Lichtquelle von Fiber-Mart kann eine Wellenlängenausgabe gemäß den spezifischen Anforderungen liefern, einschließlich der 650-nm-Rotquelle, einer Wellenlänge von 1310 nm/1550 nm für die Singlemode-Faser und einer Wellenlänge von 850 nm/1300 nm für die Multimode-Faser. Zusammen mit unserem Glasfaser-Leistungsmessgerät bilden sie eine wirtschaftliche und effiziente Lösung für den Glasfasernetzbau.