レーザーダイオードの選び方

のレーザーダイオードは、現代のレーザー技術の無冠の隠れたチャンピオンです。 レーザー ダイオードは、単純なレーザー ポインターから複雑な量子通信衛星まで、どこにでもあります。 効率が良く、構造がコンパクトで、種類が多く、何よりも低価格化が進んでいます。

多くの人が、製品にレーザー ダイオードを使用することを検討してきました。これは、時には真新しいシステムとして、時には古いレーザーの代替品としてです。 多くの種類のレーザー セカンダリ チューブに直面して、エンジニアはどのように選択する必要がありますか?

例として、次の 4 つの手順は、必要なレーザー ダイオードを決定するのに役立ちます。

ステップ 1: アプリケーション要件をレーザー パラメータに変換する

アプリケーションまたは製品に適したレーザー ダイオードを見つけるには、まずアプリケーションに基づいて一連のパラメータを決定する必要があります。 表面プロファイル解析または速度測定用のレーザー干渉計を構築するとします。

デバイスを構築するには、コヒーレント長が 1 ～ 10 m のレーザー ダイオードが必要であり、インターフェログラムは温度で変化する必要があります (< 0.1 nm/K) and remained stable. We need a collimated Gaussian beam with a power of > 80 mW. The detector we used is based on silicon (Si) and is only suitable for < 1100 nm wavelength. In this case, the central wavelength itself and the polarization are less important. At present, we do not know the type of laser diode package.

上の図では、アプリケーションまたは製品の要件が左側にリストされ、レーザー パラメータが右側にリストされています。 コヒーレント長から、ワイヤ幅 ν=C /πL= 9.6-95.5 MHZ を使用して Δ を計算できます。

この分野に不慣れな人にとっては、これらのパラメーターの意味を理解することが重要です。

コヒーレンス長は、コヒーレンスが大幅に減衰する距離です。 次の式を参照してください。

Δν = C /πL

ここで、Δν は帯域幅 (または線幅)、C は光速、L はコヒーレンス長です。

スペクトル分解能は、帯域幅 (ナノメートル単位) と波長の関係を表します: R=λ / Δλ。 スペクトログラフまたはより一般的なスペクトルの場合、電磁スペクトルの特徴を解決するレーザーの能力の尺度。

レーザー信号を検出するために使用されるセンサーであるバンドパスは、通常、干渉フィルターを使用して周囲光を遮断します。 したがって、レーザー光源の波長は、フィルターの透過範囲内に維持する必要があります。 この場合、通常、制限された中心波長の許容誤差は無視できます。

ビーム品質は、いくつかの方法で定義できます。 1 つは M 2 係数で、ビームが理想的なガウス形状にどれだけ近いかを示します。 したがって、1.0 は完全なガウス ビームを表します。 もう 1 つはビーム パラメーター プロダクト (BPP) で、集束ビーム ウェストにファー フィールド発散を掛ける必要があります。

強度。ビーム領域 (できれば焦点) でのレーザーの出力を表します。 したがって、単位は W/cm 2 です。

ビームプロファイルとは、レーザービームの強度分布を指します。 フラットトップ（長方形分布）またはガウス分布の場合があります。 シングルモード ビームは通常 (ほぼ) ガウスですが、マルチモード ビームは通常そうではありません。 混合モードの数と強度分布に応じて、さまざまな形状になる場合があります。

レーザー光源の明るさは、出力パワーとビーム品質によって測定できます。 基本的に、それはレーザー出力を BPP で割ったものです。 単位は W/cm 2 × sr です。

ステップ 2: レーザーの種類を選択する

2 番目のステップでは、レーザーの種類をより具体的に説明します。 私たちは多くの選択に直面しています。 この問題に取り組む正しい方法は、選択肢を検討することです。 グレーの色合いは、シングルモード レーザー ダイオードに一般的に使用されるさまざまなオプションを示しています。

レーザー ダイオードの種類によっては、通常、ビーム品質を高くすると出力パワーが低くなります。

アプリケーションに適したパラメータにラベルを付けます (例として、レーザー干渉計の構築を取り上げます)。 波長公差に制限はありません。 だから重さはゼロ。 線幅については、計算範囲が 10 ～ 100 MHz であるため、リッジ導波路列の < は安定しています。 50 MHz は合理的に聞こえます。 これは重要なパラメータであるため、重みは 2 です。

ステップ 3: レーザー材料の選択

通常、アプリケーションにとって波長は非常に重要です。

表 3 は、特定の材料とその波長範囲の概要を示しています。 この例では、検出器は Si に基づいており、レーザー発光波長は < 1100 nm に制限されています。 これは、窒化ガリウム (GaN) またはガリウム砒素 (GaAs) レーザーダイオードが適している可能性があることを意味します。 通常、紫外 (UV) ソリューションは、可視光 (VIS) または近赤外 (NIR) のレーザー ダイオードよりも高価であるため、vis-to-NIR 材料がマークされます。

ステップ 4: 最終的な図を作成し、サプライヤーを探し始める

これで、適切なレーザー ダイオードに必要なすべてのパラメーターが揃いました。 表 4 は、前のグラフから得られた一連のパラメーターを示しています。その他のパラメーターについては、以下で説明します。

動作モード (CW、パルス、または変調)。 これは、熱管理とパッケージング スタイルに大きな影響を与える可能性があります。 低デューティ サイクルのパルスまたはパルス変調レーザー ダイオードの場合、廃熱が少ないため、パッケージ サイズが小さくなります。

ビーム コリメーション (自由空間、統合光学素子、またはファイバー ピグテール)。 アプリケーションに大きく依存します。 多くの場合、フェルール コネクタ (FC) や標準コネクタ (SC) などの標準化された光コネクタ インターフェイスが役立ちます。

カプセル化。 平面パッケージまたは TO パッケージ。 全体のサイズ、既存のソリューションとの互換性、ピン構成。 これらはすべて考慮事項です。

上記の表のデータを使用して、レーザー ダイオードのサプライヤーを探し始めることができます。サプライヤーは、これらのデータに基づいてニーズを理解し、可能なソリューションをできるだけ早く提供できます。

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