ファイバーレーザーダイオードのインターフェースにはどのような種類がありますか?

ファイバー結合レーザー ダイオードは、1310 nm 通信トランシーバーからファイバー増幅器および 1550 nm LiDAR 光源用の 976 nm ポンプ レーザーに至る、最新のフォトニック システム - のバックボーンです。

正しいインターフェイスを選択するには、2 つの独立した、しかし同様に重要なドメインが関係します。

光インターフェース– 結合効率、挿入損失、後方反射耐性を決定するファイバー コネクタ。-

電気インターフェース/パッケージ– 熱管理、高周波信号の整合性、ボード-レベルのアセンブリを定義する機械的ハウジングとピン配置。-

どちらかのドメインが一致しないと、再加工にコストがかかり、ファイバーが損傷したり、レーザー寿命が低下したりする可能性があります。

1. 光インターフェース – ファイバーコネクタ

ピグテール ファイバの端にあるコネクタは、光が外部光学システムにどのように入るかを決定します。 4 つのファミリーが市場を独占しています。

1.1 FCシリーズ（フェルールコネクタ）

FC コネクタは、ネジ付きバレルを使用して、安全で耐振動性の嵌合を実現します。

FC/PC (物理的接触)– 平坦またはわずかに丸みを帯びた研磨。リターンロス ≈ 40 dB。適度な後方反射が許容できる低速システム (1 Gbps 以下) に適しています。

FC/APC (角度付き物理接触)– 8度の角度の研磨。リターンロス > 60 dB (多くの場合 65 dB)。必須アナログビデオ伝送、コヒーレント検出、高精度計測、および外部フィードバックに敏感なレーザーダイオード (例: 405 nm、520 nm、638 nm 可視ダイオード) 用。 8 度の角度により、反射光がクラッドに向けられます。

デザインノート: FC/APC および FC/PC は交換不可能。混合すると両方のフェルール端面が損傷します。

1.2 SC と LC – 最新の通信標準

どちらもセラミック フェルール (SC の場合は 2.5 mm、LC の場合は 1.25 mm) とプッシュプル ラッチ機構を使用します。

SC (加入者コネクタ)– 堅牢かつ低コストで、GPON、イーサネット、産業用制御で広く使用されています。代表的な挿入損失<0.25 dB.

LC (ルーセントコネクタ)– SC の設置面積の半分。高密度フェイスプレート (例: 1U に 48 ポート) およびすべての小型フォームファクターのプラグ可能トランシーバー (SFP、SFP+、QSFP) に推奨されます。

どちらも PC および APC ポリッシュで入手できますが、LC/APC はトランシーバー内のスペースの制約によりあまり一般的ではありません。

1.3 SMA – 高出力伝送

SMA コネクタはセラミック フェルールを完全に廃止します。代わりに、金属製のネジ付きスリーブがファイバーのステンレス鋼ジャケットを直接掴みます。

主な利点: withstands high temperatures (>150 °C) and continuous optical powers >フェルール損傷なしで 5 W。

代表的な用途: 医療レーザー (泌尿器科、皮膚科)、高出力工業用切断 (1 µm ～ 2 µm)、およびポンプ レーザーの供給。

短所：FC/APCと比較して、挿入損失が高く（約0.5 dB）、リターンロスが低い（約20 dB）。

1.4 ベアファイバーおよびカスタムインターフェイス

In R&D or ultra‑high‑power systems (>10 W)、コネクタは完全に省略されることがよくあります。ファイバーは次のいずれかです。

直接融着接続システムファイバーへ（損失が最も低く、永久的）、

カスタム金属キャピラリで終端機械的クランプ用、または

裸の劈開端として残されるレンズを介した自由空間結合用。

カスタム インターフェイスには次のものも含まれますPM (偏波保持) コネクタコヒーレント通信および干渉計センサーで使用される (例: 遅軸に合わせてキーを備えた FC/APC)。

2. 電気インターフェース – パッケージとピン配置

The package determines how the laser diode is powered, cooled, and mechanically mounted. Three architectures cover >市販のファイバー結合ダイオードの 95 %。

2.1 バタフライパッケージ – ハイエンドスタンダード

14 ピン バタフライ (ハーメチック、寸法: 20.8 mm × 12.7 mm) は、高精度フォトニクスの主力製品です。以下を統合します。

TEC（熱電冷却器）– レーザー温度を ±0.01 度に安定させます。これは、波長安定性にとって重要です (例、DFB レーザーの場合は 0.08 nm/度)。

MPD（モニターフォトダイオード）– 自動電力制御 (APC) ループ用の背面モニター。

サーミスタ (通常、25 度で 10 kΩ)– TEC コントローラーの温度読み取り値。

オプションの光アイソレータ– パッケージ内に収容されており、後方反射をブロックします。

ピン配置は厳密に従う必要があります(通常、TEC+/– はピン 1/2、LD+/– はピン 7/8、サーミスタ ピン 3/4)。コヒーレント通信、調整可能な外部共振器レーザー、高精度計測に使用されます。

変異体: スペースに制約のあるモジュール用のミニバタフライ (14 ピン、12.7 mm × 7.6 mm)。

2.2 同軸 / TO‑CAN パッケージ – コスト効率が高い

トランジスタ アウトライン (TO) パッケージは、メタル缶トランジスタに似ています。一般的なサイズ:TO-46(直径4.6mm)およびTO‑56(直径5.6mm)。

標準TO-CAN– 最大 3 つのピン (LD+、LD‑、ケース グランド)。 TECはありません。シンプルで低コストで、SFP/SFP+ トランシーバーまたは民生用 LiDAR 内で広く使用されています。

RF コネクタ付き TO-CAN (IEC 62148-12) – adds a coaxial RF input (e.g., SMA or GPO) for high‑frequency modulation >10 GHz、誘導 TO ヘッダーをバイパス。

制限: 積極的な冷却がないと、波長は周囲温度によってドリフトします。 ±1 nm のドリフトが許容される非冷却アプリケーションに適しています。

2.3 DIL (デュアルインライン)

バタフライの簡略化された非密閉型の前身。 8 ピン、14 ピン、または 22 ピンのバリエーションがあります。ほとんどのバージョンには統合された TEC がありません。低電力に使用 (<100 mW), uncooled applications where cost is paramount.

3. 実用的なマッピング – パッケージ + コネクタの組み合わせ

以下の表は、最も一般的な業界の組み合わせをまとめたものです。

クイック意思決定ガイド:

冷却が必要ですか?→ はい: バタフライパッケージ。いいえ: TO‑CAN (電源が入っている場合)<100 mW) or DIL.

反射に敏感ですか？→ はい: FC/APC ポリッシュ。いいえ: FC/PC、SC/PC、または LC/PC。

高密度基板設計?→ LC コネクタ + ミニバタフライ。

High power (>1W連続）?→ SMA またはベアファイバー (接着剤ベースのフェルールを備えた FC/APC は避けてください)。

4. まとめと今後の動向

ユニバーサルインターフェースがない– 正しい選択により、熱、光学、コスト、およびボードレベルの制約のバランスが取れます。

現在のトレンド:

小型化– 同時パッケージ光学系 (CPO) およびオンボード光学系用のミニバタフライおよびナノパッケージ。

パッシブ冷却の改善– TEC なしで TO‑CAN パッケージを連続 1 W に押し上げます。

より高いファイバー出力の処理 – new connector materials (e.g., glass‑ferrule with metal‑free bonding) that tolerate >接着剤の劣化なしで20W。

統合監視– MPD とアイソレータは TO‑CAN パッケージに統合されることが増えており、低コストとハイエンドの境界線があいまいになっています。

プロトタイピングのためのプロのヒント: 14 ピン バタフライ + FC/APC アセンブリから始めます。最大限の柔軟性 (TEC、モニター、アイソレーター オプション) と最高の光学性能を提供します。量産の場合は、熱要件が確認されたら、TO-CAN + LC レセプタクルを下方選択します。

連絡先：

何かアイデアがございましたら、お気軽にご相談ください。お客様がどこにいても、また当社の要件が何であっても、当社はお客様に高品質、低価格、最高のサービスを提供するという目標に従います。