ERK'2015, Portorož, A:53-56 53 Stabilizacija optične moči pri laserski diodi Blaž Lavrič, Luka Bogataj, Boštjan Batagelj Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, Tržaška 25, 1000 Ljubljana, Slovenija E-pošta: blaz.lavric91@gmail.com, bostjan.batagelj@fe.uni-lj.si Stabilization of laser diode optical power Abstract. Today, semiconductor lasers are one of the key elements of optical communications systems. For an optimum and precise laser operation a technology that reliably stabilizes the power of the laser is required. This paper presents a method by which the power of the LMC10NEG laser is stabilized. The presented stabilization system works with the help of a detector circuit, which is connected to the output pins on the laser. The measured values are used for controlling the laser diode, the light of which is sent forward through the optical fiber. Keywords – semiconductor laser, optical power, LMC10NEG, control 1 Uvod Dandanes so laserji eden izmed ključnih elementov za učinkovito delovanje optičnega komunikacijskega sistema in vse kaže, da bodo to vlogo imeli tudi v bodočih omrežjih [1]. Brez koherentnih in ozkopasovnih svetlobnih virov ne bi bilo mogoče pošiljati svetlobnih signalov od operaterske centrale do končnega uporabnika, ki sta razmaknjena za več deset ali celo nekaj sto kilometrov. Za izvor laserske svetlobe se v sodobnih komunikacijskih zvezah danes največkrat uporabijo polprevodniške laserske diode s porazdeljenim povratnim sklopom (angl. Distributed Feed-Back – DFB) [2]. Polprevodniški laser spada med oscilatorje, pri čemer niha na frekvencah s področja optičnih valov v elektromagnetnem spektru. Bistvena elementa laserja sta optično aktivna ojačevalna snov, ki jo predstavlja polprevodniška struktura, ter optični resonator, ki prostorsko omeji tako nastalo elektromagnetno polje, ter zagotovi pozitivni povratni sklop, potreben za vzdrževanje nihanja. Optično aktivno snov, ki je zmožna optičnega ojačanja predstavlja polprevodniška p-n struktura iz slike 1 [3]. Različni tipi laserjev se med seboj razlikujejo po načinu izvedbe povratnega sklopa [4]. DFB laser je polprevodniški laser, ki nima pozitivnega povratnega sklopa izvedenega s frekvenčno neodvisnim zrcalnim odbojem, ampak je pozitivni povratni sklop porazdeljen vzdolž resonatorja. Laser niha le na tistem longitudinalnem rodu, za katerega so izgube resonatorja najmanjše. Izgube so najmanjše za tisti longitudinalni rod, katerega valovna dolžina je enaka dvakratni periodi periodične strukture Λ, kajti takrat se odboji seštejejo. Delovna valovna dolžina je določena z ustrezno izbiro periodične strukture. [3] Na sliki 1(a) je prikazana sama polprevodniška struktura p-n laserja, z aktivnim območjem in resonatorjem. Slika 1 (b) pa prikazuje periodično strukturo. Slika 1. Struktura DFB laserja z aktivnim območjem in periodično strukturo. Sami DFB laserji se danes dobijo v hermetično zaprtem prostoru ali laserskem modulu, katerega primer prikazuje slika 2. V laserskem modulu so še drugi sestavni elementi. Modul sestavljajo še termo električni hladinik (angl. thermoelectric cooler – TEC), monitorska fotodioda in termistor z negativnim temperaturnim koeficientom (angl. negative temperature coefficiient – NTC). Slika 2. Hermetično zaprt laserski modul s sestavnimi elementi [3]. Optimalno in čim bolj precizno delovanje laserja zahteva tehnologijo, ki precizno in zanesljivo stabilizira valovno dolžino laserja. Ključni del predstavlja zaklep valovne dolžine in moči polprevodniškega laserja. Sama potreba po zaklepanju valovne dolžine in moči je stara že nekaj desetletij, kjer so jo začeli uvajati v prvih optičnih sistemih z valovnodolžinskim moltipleksiranjem (angl. wavelenght – divison multiplexing – WDM) optičnih sistemih [5]. Konstanten razvoj tehnologije dosega nove meje optičnega sistema in zahteva nove pristope za dosego cilja. V zgodnjih sistemih so uporabljali optične filtre za sprejem kratkih